University of MacedoniaMaster Information SystemsNetworking TechnologiesProfessor: A.A. EconomidesE-mail: economid@uom.gr

Algorithms for Topology Design & Planning ofWireless Networks

PLYTA ELISABETH

Thessalonikh 2002

2

Πανεπιστήμιο ΜακεδονίαςΠΜΣ Πληροφοριακά ΣυστήματαΤεχνολογίες Τηλεπικοινωνιών & ΔικτύωνΥπεύθυνος Καθηγητής: Α.Α. ΟικονομίδηςE-mail: economid@uom.gr

Αλγόριθμοι Τοπολογικού Σχεδιασμού και ΔιαχείρισηςΑσύρματων Δικτύων

ΠΛΥΤΑ ΕΛΙΣΣΑΒΕΤ

Θεσσαλονίκη 2002

3

Περιεχόμενα

ΠΕΡΙΛΗΨΗ 7

ABSTRACT 8

Κεφάλαιο 1 ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΑΣΥΡΜΑΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ1.1 Πρόλογος 9

1.2 Ιστορικά Στοιχεία 10

1.3 Wireless Family Tree 11

Κεφάλαιο 2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ2.1 Ορισμός 13

2.2 Ασύρματα Μέσα Μετάδοσης 13

2.3 Τοπολογίες 14

2.4 Ασύρματα Δίκτυα Τοπικής Περιοχής 15

2.5 Ασύρματα Δίκτυα Ευρείας Περιοχής 17

2.6 Ασύρματα Δίκτυα Ασύγχρονης Μεταφοράς 18

2.7 Ασφάλεια Ασύρματων δικτύων 19

2.8 Πλεονεκτήματα – Μειονεκτήματα 21

Κεφάλαιο 3 ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΙΕΕΕ 802.1113.1 ΙΕΕΕ 802.11 22

3.2 Αρχιτεκτονικές του ΙΕΕΕ 802.11 23

3.3 Αναγνώριση κόμβου 25

3.4 ΙΕΕΕ 802.11 Φυσικό Επίπεδο 25

3.5 Γνωρίσματα του MAC Layer 26

3.6 Hidden Nodes 27

3.7 Το πρότυπο ΙΕΕΕ 802.11b 28

4

Κεφάλαιο 4 ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΤΟΠΟΛΟΓΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΑΣΥΡΜΑΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ4.1 Πρωτόκολλα Δρομολόγησης 30

4.2 Αλγόριθμος GSR (Global State Routing) 31

4.3 Αλγόριθμος WRP (Wireless Routing Protocol) 33

4.4 Αλγόριθμος ZRP (Zone Routing Protocol) 34

ΕΠΙΛΟΓΟΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 37

BΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙA 38

5

Contents

ABSTRACT 8

CHAPTER 1 HISTORY OF WIRELESS NETWORKS1.1 Prologue 9

1.2 History of Wireless Networks 10

1.3 Wireless Family Tree 11

CHAPTER 2 INTRODUCTION TO WIRELESS NETWORKS2.1 Definition 13

2.2 Wireless Transfer Methods 13

2.3 Topologies 14

2.4 Wireless Local Area Networks 15

2.5 Wireless Wide Area Networks 17

2.6 Wireless Asynchronous Transfer Mode Networks 18

2.7 Security of Wireless Networks 19

2.8 Advantages – Disadvantages 21

CHAPTER 3 ΙΕΕΕ 802.111 SPECIFICATION3.1 ΙΕΕΕ 802.11 22

3.2 Architecture of ΙΕΕΕ 802.11 23

3.3 Node Authentication 25

3.4 ΙΕΕΕ 802.11 Physical Layer 25

3.5 Features of MAC Layer 26

3.6 Hidden Nodes 27

3.7 The ΙΕΕΕ 802.11b Specification 28

6

CHAPTER 4 ALGORITHMS FOR TOPOLOGY DESIGN

AND PLANING OF WIRELESS NETWORKS4.1 Routing Protocols 30

4.2 GSR Algorithm (Global State Routing) 31

4.3 WRP Algorithm (Wireless Routing Protocol) 33

4.4 ZRP Algorithm (Zone Routing Protocol) 34

CONCLUSION 37

BIBLIOGRAPHY 38

7

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Στο παρόν δυναμικό επιχειρηματικό περιβάλλον, οι εταιρίες είναιαναγκασμένες να γίνουν πιο ανταγωνιστικές προκειμένου να επιβιώσουν. Οασφυκτικός ανταγωνισμός, η παγκοσμιοποίηση και οι αλλαγές στην συμπεριφοράτου πελάτη παρουσιάζουν νέες προκλήσεις στις εταιρίες. Οι τελευταίες πρέπει ναπροσαρμόσουν τις αλλαγές στο εργασιακό περιβάλλον αρκετά γρήγορα και ναεπενδύσουν περισσότερα στην τεχνογνωσία και στους εργαζομένους, για να είναιικανοί να αυξήσουν την ανταγωνιστικότητά τους. Μια από τις πιο πρόσφατες καισυγκεκριμένες αλλαγές στο επιχειρησιακό περιβάλλον είναι και η συνεχώςαυξανόμενη ζήτηση για κινητικότητα. Αυτό σημαίνει ότι πελάτες, συνεργάτες καιυπάλληλοι πρέπει να έχουν πρόσβαση στις πηγές πληροφοριών και υπηρεσιών μιαςεταιρίας ή ενός οργανισμού από όπου και όποτε θέλουν.

Λύση στις αυξανόμενες προκλήσεις και απαιτήσεις δίνουν τα ασύρματαδίκτυα (Wireless Networks). Πρόκειται για μια νέα τεχνολογία που συνδέειηλεκτρονικούς υπολογιστές που βρίσκονται σε απόσταση, χωρίς τη χρήσηκαλωδιακής υποδομής.

Ασύρματα δίκτυα τοπικής ή ευρείας περιοχής χρησιμοποιούνται σε διάφορεςμεγάλες κάθετες αγορές. Εκατοντάδες εκατομμύρια άνθρωποι ανταλλάσσουνπληροφορίες καθημερινά χρησιμοποιώντας pagers, κυψελοειδή τηλέφωνα (cellulartelephones) και άλλα ασύρματα προϊόντα επικοινωνίας. Αδέσμευτοι από τα ‘λουριά’των συνδεδεμένων με καλώδιο δικτύων, οι χρήστες τόσο σε προσωπικό όσο και σεεπιχειρησιακό επίπεδο είναι σε θέση να έχουν πρόσβαση και να μοιράζονταιπληροφορίες σε παγκόσμια κλίμακα. Με άλλα λόγια τα ασύρματα δίκτυα (WirelessNetworks) ικανοποιούν την ανάγκη των ‘κινητών’ χρηστών να είναι συνδεδεμένοιστο δίκτυο κάθε στιγμή όπου κι αν βρίσκονται και διαφαίνεται η χρησιμότητα τουςσε περιπτώσεις που η εφαρμογή καλωδιακής υποδομής είναι δύσκολη, ανεπίτρεπτη ήαδύνατη, όπως σε παλιά κτήρια , κτίρια με ιστορική αξία ή όταν περιβαντολογικοίπαράγοντες την καθιστούν αναγκαία π.χ. όταν παρεμβάλλονται βουνά, λίμνες κ.α.Το 1990 με τελική επικύρωση το Σεπτέμβριο του 1999, το IEEE (Institute ofElectrical and Electronic Engineering) διαμόρφωσε το πλέον γνωστό πρότυπο 802.11για την ασύρματη σύνδεση μεταξύ στάσιμων, φορητών και κινητών υπολογιστών.

Στα ασύρματα δίκτυα στα οποία οι τοπολογίες και οι συνδετικότηταποικίλλουν, έχουν αναπτυχθεί και συνεχίζουν να αναπτύσσονται, με σκοπό τηβελτίωση της απόδοσης, της ποιότητας και της αξιοπιστίας μετάδοσης καθώς και τηνεπίλυση προβλημάτων όπως η ασφάλεια, αλγόριθμοι για τον προσδιορισμό και τοντρόπο επικοινωνίας μεταξύ των κόμβων του δικτύου. Οι πιο γνωστοί από αυτούςείναι οι: GSR (Global State Routing), WRP (Wireless Routing Protocol) και ZRP(Zone Routing Protocol).

8

ABSTRACT

In the present dynamic enterprising environment, the companies are forced tobecome more competitive to survive. The stifling competition, the globalization andthe changes in the behavior of customer present new challenges in the companies.They should adapt the new changes in the labor environment fast enough and investmore in the know-how, in order to be capable to increase their competitiveness. Onefrom the most recent changes in the operational environment is also the continuouslyincreasing demand for mobility. This means that customers, collaborators andemployees should have access in the sources of information and services of theircompany or organism from any place and any time they want.

Solution in the increasing challenges and requirements are the WirelessNetworks. It is a new technology that connects electronic computers that are indistance, without the use of cable infrastructure. Wireless Local Networks or WirelessWide Networks are used in various big markets. Hundreds millions persons exchangeinformation daily using pagers, cellular telephones and other wireless products ofcommunication. No longer bound by the harnesses of wired networks, people will beable to access and share information on a global scale anywhere the venture. In otherwords the Wireless Networks satisfy the need of mobile users to be connected to thenetwork each moment nearly anywhere. Also emerge their usefulness in cases wherethe application of cable infrastructure is difficult, impermissible or impossible, as inold buildings, buildings with historical value or when physical factors obstructed (e.g.when mountains or lakes are interfered).

In 1990 with final ratification in September 1999, the IEEE (Institute ofElectrical and Electronic Engineering) specified the 802.11 scheme for the wirelessconnection between stagnant, portable and mobile computers.

For Wireless Networks where topology and connectivity vary, have beendeveloped and continue to develop, aiming at the improvement of yield, the qualityand the reliability of transmission as well as the resolution of problems like the safety,algorithms for the determination and the communication between the nodes of thenetwork. The most important algorithms are: GSR (Global State Routing), WRP(Wireless Routing Protocol) and ZRP (Zone Routing Protocol).

9

1 ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΑΣΥΡΜΑΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ

1.1 Πρόλογος

Τα καλωδιακά δίκτυα ηλεκτρονικών υπολογιστών (Wired Networks)χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές εφαρμογές μετάδοσης δεδομένων. Σήμερα όμωςτο ήδη υπάρχον καλωδιακό δίκτυο – τηλεφωνικές ή μισθωμένες υψηλού ρυθμούμετάδοσης γραμμές - δεν είναι ικανό να υποστηρίξει τις νέες υπηρεσίες ευρείαςζώνης που απαιτούν υψηλό ρυθμό μετάδοσης και εγγυημένη ποιότητα υπηρεσίας.Από την άλλη πλευρά τα ασύρματα συστήματα μπορούν να προσφέρουν τηνδυνατότητα παροχής υπηρεσιών σε υψηλές ταχύτητες, ξεπερνώντας έτσι την ανάγκηγια επιπλέον καλωδιώσεις μεγάλης χωρητικότητας.

Tα τελευταία χρόνια η αγορά για τις ασύρματες επικοινωνίες έχει γνωρίσειτεράστια αύξηση. Η ασύρματη τεχνολογία στις μέρες μας φθάνει ή είναι σε θέση ναφτάσει σε οποιαδήποτε τοποθεσία της γης.

Το σημαντικότερο κίνητρο και όφελος από τα ασύρματα δίκτυα (WirelessNetworks) είναι η αυξημένη κινητικότητα. Τα παραδείγματα της πρακτικήςεφαρμογής των ασύρματων δικτύων περιορίζονται μόνο από την φαντασία τουσχεδιαστή της εφαρμογής και αναφέρονται σε πολλούς τομείς, όπως η υγεία, ηεκπαίδευση, το χρηματιστήριο, οι επιχειρήσεις κ.τ.λ..

Υπάρχουν σήμερα πάνω από 80 εκατομμύρια κινητοί κυψελοειδείςσυνδρομητές στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής που περιορίζονται συνήθως σεvoice-oriented τηλεφωνικές υπηρεσίες και που διασυνδέονται στο δημόσιο σταθερότηλεφωνικό σύστημα καλωδιώσεων. Αυτή η αύξηση της κινητής κυψελοειδούςτηλεφωνίας παρέχει μια σαφή ένδειξη της σημαντικής αξίας που οι χρήστες δίνουνστην φορητότητα ως χαρακτηριστικό γνώρισμα υπηρεσιών.

Η βιομηχανία τηλεπικοινωνιών αναμένει ότι η αύξηση των κυψελοειδώνπροσωπικών συνδρομητών συστημάτων (PC) τα επόμενα χρόνια θα είναι ραγδαία. Ηαύξηση αυτή θα εμφανιστεί σε ένα περιβάλλον που χαρακτηρίζεται από την γρήγορηανάπτυξη εφαρμογών και υπηρεσιών στο Διαδίκτυο και τον προσανατολισμό τωντελικών χρηστών προς αυτά, από το Word Wide Web (WWW) και την ευροζωνικήπαράδοση πολυμέσων πέρα από την εξελισσόμενη σταθερή υποδομή καλωδιώσεων.

Το κυριότερο χαρακτηριστικό αυτών των ασύρματων κινητών δικτύων που ταδιαφοροποιεί από τα σταθερά δίκτυα καλωδιώσεων είναι η απαίτηση να μοιραστείένα περιορισμένο φάσμα εύρους ζώνης, αντιμετωπίζοντας τη διαμάχη και τηναμοιβαία co channel παρέμβαση ως αποτέλεσμα ενός μεγάλου και μεταβλητούαριθμού τυχαία τοποθετημένων κινητών χρηστών με διαφορετικές απαιτήσεις σευπηρεσίες και μεταφορά δεδομένων.

Οι ασύρματες συνδέσεις επικοινωνίας μπορούν γενικά να περιγραφούν ωςtime-varying, frequency-selective fading multipath channels. Η τοπολογία, η απόδοσησυνδέσεων και η ποιότητα υπηρεσιών (QoS) στις εφαρμογές των χρηστών σε ένατέτοιο περιβάλλον επικοινωνίας χαρακτηρίζεται ως highly time varying.

10

1.2 Ιστορικά Στοιχεία

Η ασύρματη δικτύωση δεν είναι νέο φαινόμενο. Η τεχνολογία είναι γνωστή τατελευταία τουλάχιστον 100 χρόνια και χρησιμοποιήθηκε για την αποστολήδεδομένων πολύ πριν τα συστήματα φωνής. Καθώς όμως, η ραδιοτεχνολογίαπροχώρησε, η χρήση των ραδιομεταδόσεων για την φωνή κυριάρχησε, μεαποτέλεσμα η ασύρματη μετάδοση δεδομένων να γίνει λιγότερο σημαντική.

Στον εικοστό αιώνα, η μετάδοση της φωνής έκανε ένα πολύ μεγάλο βήμα μετη γέννηση της κυψελοειδούς έννοιας στα εργαστήρια κουδουνιών (Bell Labs) το1947.

Γύρω στο 1979 αναπτύχθηκαν στην Ιαπωνία τα πρώτα άμεσα αναλογικάκυψελοειδή συστήματα. Ακολουθούν οι σκανδιναβικές χώρες το 1981, ενώ δύοχρόνια αργότερα οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής εγκατέστησαν την πρώτηπροηγμένη εμπορική κινητή τηλεφωνική υπηρεσία (Advanced Mobile Phone Service)στο Σικάγο.

Σύντομα έγινε προφανές ότι μεγαλύτερης χωρητικότητας, πιο αξιόπιστα καιμε μικρότερο κόστος ασύρματα δίκτυα έπρεπε να αναπτυχθούν προκειμένου ναικανοποιηθούν οι μεγάλες απαιτήσεις των χρηστών.

Στο παρελθόν έγιναν σημαντικές προσπάθειες προκριμένου να αυξηθεί ηικανότητα και η ευρωστία αυτών των συστημάτων και κατά συνέπεια των ψηφιακώνπροτύπων και παρόλο που φαίνεται ότι η τεχνολογία της ασύρματης μετάδοσηςδεδομένων πέρα από τα ραδιοσήματα εγκαταλείφθηκε, υπήρξαν πολλές επιτυχείςπροσπάθειες συμπεριλαμβανομένων του δικτύου ARDIS της IBM και Motorola, τουMobitex της Ericsson και των κυψελοειδών ψηφιακών πακέτων δεδομένων (CellularDigital Packet Data – CDPC). Οι τεχνολογίες αυτές συνεχίζουν να παρέχουνσυνδετικότητα σε πολλές εξειδικευμένες εφαρμογές και σήμερα.Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους οι τεχνολογίες της ασύρματης μετάδοσηςδεν είχαν μεγάλη εμπορική ζήτηση τη δεδομένη χρονική στιγμή:

♦ Ενώ οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές γίνονται μικρότεροι σε μέγεθος, ήταν ακόμαπολύ ογκώδεις για να μπορούν να μεταφερθούν με ευκολία.

♦ Απαιτούνταν εξειδικευμένος εξοπλισμός και καινούργιες κατάλληλες εφαρμογέςπου να ανταποκρίνονται στις ανάγκες των νέων συστημάτων.

♦ Συχνά ήταν δύσκολο να επεκταθούν οι υπάρχουσες ασύρματες υποδομές.♦ Μόνο ένα μικρό ποσοστό του οικονομικά ενεργού πληθυσμού ήταν κινητό, μεαποτέλεσμα οι επιχειρήσεις να θεωρούν την ασύρματη μετάδοση στοιχείων μιασημαντική, από πλευρά κόστους, επένδυση με μικρή όμως επιστροφή σε οφέλη –σε σχέση πάντα με το κόστος – για την επιχείρηση.

Σημαντικές κοινωνικές και τεχνολογικές εξελίξεις που πραγματοποιήθηκανπρος το τέλος του 20ου αιώνα, οδήγησαν στην αναβίωση του ενδιαφέροντος για τιςασύρματες τεχνολογίες δικτύων. Στο τέλος της δεκαετίας του ’90, οι επιχειρήσειςάρχισαν να διακρίνουν το οικονομικό όφελος που θα έχουν από υπαλλήλους πουεργάζονται μακριά από την εταιρεία. Αυτοί οι απομακρυσμένοι – και σε μερικέςπεριπτώσεις νομαδικοί – εργαζόμενοι απαιτείται να έχουν καθημερινή πρόσβαση στιςεταιρικές πληροφορίες για να διεκπεραιώσουν την εργασία τους.

Η παροχή απομακρυσμένης σύνδεσης έγινε πρόκληση για τον επιχειρηματικόκόσμο. Οι φορητοί ηλεκτρονικοί υπολογιστές και οι υπολογιστές τσέπης έγιναναρκετά ισχυροί ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποδοτικά. Η σύγκλιση των

11

τεχνολογιών Internet δικτύων έκανε το IP de facto πρότυπο. Νέα πρότυπα, όπως τοGeneral Packet Radio Services (GPRS) υιοθετούνται για την παροχή υπηρεσιώνασύρματων δικτύων.

Με την ανάπτυξη μιας τέτοιας τεχνολογίας η υπόσχεση για ταχύτερηπρόσβαση και ανάκτηση δεδομένων μέσω ασύρματων συστημάτων γίνεταιπραγματικότητα. Οι παράγοντες αυτοί δημιουργούν ένα εφικτό περιβάλλον γιαοποτεδήποτε, οπουδήποτε συνδεδεμένους εργαζόμενους/ χρήστες.

1.3 Wireless Family Tree

Η πρώτη γενιά (1G) ασύρματων συστημάτων, περιλαμβάνει τα παραδοσιακάαναλογικά κυψελοειδή τηλέφωνα, τα οποία χρησιμοποιούν τεχνολογίες AdvancedMobile Phone Service (AMPs) και Frame Division Multiple Access (FDMA). ΤοAMPs παρουσιάστηκε από την AT&T το 1983.

Η δεύτερη γενιά (2G) ασύρματων τεχνολογιών περιλαμβάνει ψηφιακέςκυψελοειδείς υπηρεσίες που αναπτύχθηκαν στην Ευρώπη το 1987 και λίγο αργότερακαι σε άλλες χώρες. Οι τυπικές 2G τεχνολογίες μεταδίδουν δεδομένα με ταχύτηταμεγαλύτερη των 14.4 Kbps και διακρίνουμε τρία κύρια ασύρματα πρότυπα: TDMA,GSM και CDMA.

Το International Telecommunication Union (ITU) παρουσίασε τα τρίτηςγενιάς (3G) ασύρματα συστήματα στις αρχές του 1990. Στόχος ήταν η επίτευξηυψηλών ταχυτήτων και παγκόσμιας ενοποίησης στις ασύρματες υπηρεσίες – κάτι πουδεν προσφέρουν οι 2G τεχνολογίες, όπου συσκευές βασισμένες σε ένα πρότυπο δενμπορούν να επικοινωνήσουν σε περιοχές που η ασύρματη επικοινωνία βασίζεται σεκάποια άλλη τεχνολογία.

Πρόσφατα το ITU αποδέχτηκε μια προδιαγραφή που περιλαμβάνει έναπεριεκτικό σύνολο χερσαίων και δορυφορικών ράδιο-interfaces για το InternationalMobile Telephony (ΙΜΤ). Αυτές οι specifications προσφέρουν την απαιτούμενηευελιξία στους satellite/ terrestrial providers να σχεδιάσουν νέα 3G συστήματαχρησιμοποιώντας τα 1G και 2G δίκτυα στις τρίτης γενιάς τεχνολογίες.

Τα 3G ασύρματα δίκτυα προσφέρουν δυνατότητες μετάδοσης πολυμεσικώνεφαρμογών, παγκόσμια περιπλάνηση (global roaming) διαμέσου ενός κυψελοειδούς ήάλλου απλού τύπου δικτύου και ταχύτητα μετάδοσης από 384 Kbps μέχρι μερικάMbps. Ειδικότερα προσφέρουν ταχύτητα 144 Kbps για πολύ γρήγορα κινούμενουςχρήστες, 384 Kbps για πιο αργούς χρήστες και 2.5 Kbps για σταθερές τοποθεσίες.

Οι αναλυτές αναμένουν ότι η ανάπτυξη της τρίτης γενιάς δικτύων και ηεξάπλωση τους στην αγορά να συνεχιστεί σε ευρεία κλίμακα μέχρι το 2005, οπότε τησκυτάλη θα πάρουν τα τέταρτης γενιάς (4G) ασύρματα δίκτυα.

12

Approved radio specifications from IMT-2000

Third Generation Services

IMT –DSDirect Spread

IMT –MCMulticarrier

IMT –TCTime Code

IMT –SCSingle Carrier

CDMA –based networks TDMA –based networks FDMA –based networks

IMT –FTFrequency

Time

13

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ

2.1 Ορισμός

Ασύρματο δίκτυο (Wireless Network) είναι μια νέα τεχνολογία που βοηθάειστην σύνδεση και επικοινωνία ηλεκτρονικών υπολογιστών που βρίσκονται σεαπόσταση, χωρίς την χρήση καλωδιακών υποδομών. Λειτουργεί με ασύρματεςκάρτες δικτύου ενώ το interface του λογισμικού μοιάζει με αυτό του Ethernet και μεμια διεύθυνση υλικού διαφορετική για κάθε κάρτα. Τυπική δύναμη μεταβίβαση είναι10-20 mW μέχρι 100mW.

2.2 Ασύρματα Μέσα Μετάδοσης

Όπως είναι γνωστό τα ενσύρματα δίκτυα (wired networks) χρησιμοποιούν ωςμέσο μετάδοσης τα συνεστραμμένα ζεύγη καλωδίων, τα ομοαξονικά καλώδια και τιςοπτικές ίνες. Από την άλλη πλευρά στα ασύρματα δίκτυα η μετάδοση γίνεταιδιαμέσου των ραδιοφωνικών συχνοτήτων, των μικροκυματικών συχνοτήτων και τωνυπέρυθρων ακτινοβολιών.

Αναλυτικότερα, η χρήση των μέσων αυτών μετάδοσης στα ασύρματα τοπικάδίκτυα έχει ως εξής:

• Οι ραδιοσυχνότητες χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε πάρα πολλές εφαρμογέςασύρματων δικτύων, όπως είναι οι ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές εκπομπές,καθώς και τα κυτταρικά τηλεφωνικά δίκτυα. Επειδή τα ραδιοκύματα ιδιαίτεραστις χαμηλές συχνότητες, διαπερνούν αδιαφανή αντικείμενα - όπως τοίχουςκτιρίων - χρησιμοποιούνται σε μεγάλο πλήθος εφαρμογών. Το γεγονός αυτόπροκαλεί επικαλύψεις των ραδιοφωνικών συχνοτήτων, με αποτέλεσμα νααπαιτείται ο επίσημος καθορισμός συγκεκριμένης ζώνης συχνοτήτων σε κάθεεφαρμογή. Οι περιορισμοί στη χρήση κάθε ζώνης του φάσματος καθορίζονται μεδιακρατικές συμφωνίες και ισχύουν για κάθε κράτος.

• Η μικροκυματική επικοινωνία χρησιμοποιείται κυρίως στις τηλεφωνικέςσυνδέσεις μεγάλων αποστάσεων, στα κυτταρικά τηλεφωνικά δίκτυα, στηντηλεόραση, καθώς και σε αρκετές άλλες εφαρμογές στις οποίες η φυσικήεπικοινωνία είναι δύσκολη (π.χ. δύσβατες περιοχές).

Είναι γνωστό ότι πάνω από την περιοχή των 100MHz τα κύματα οδεύουν σεευθεία γραμμή, με αποτέλεσμα να μην μπορούν εύκολα να συγκεντρωθούν σε δέσμη.Επίσης είναι γνωστό ότι τα μικροκύματα στις χαμηλές συχνότητες δεν διαπερνούντοίχους ή άλλα αδιαφανή εμπόδια τόσο καλά όσο τα ραδιοκύματα. Επομένως οικεραίες τους πρέπει να βλέπει η μια την άλλη με μεγάλη ακρίβεια. Τέλος πρέπει να

14

σημειώσουμε ότι με τη δυνατότητα των παραβολικών κεραιών να συγκεντρώνουντην ενέργεια σε μια μικρή δέσμη, όπως είναι για παράδειγμα τα γνωστά ‘πιάτα’ τηςτηλεόρασης, το σήμα έχει μεγαλύτερο λόγο σήματος προς θόρυβο (SNR).

2.3 Τοπολογίες

Οι τοπολογίες των ασύρματων τοπικών δικτύων διακρίνονται ανάλογα με τοαν χρησιμοποιούν συνδέσεις εκπομπής ή συνδέσεις σημείου προς σημείου. Στηνπερίπτωση των συνδέσεων εκπομπής τρία είναι τα βασικά σχήματα τοπολογιών. Τοπρώτο και παλιότερο, χρησιμοποιεί χαμηλής συχνότητας ραδιοκύματα – στη θέσητων σταθερών και ενσύρματων γραμμών επικοινωνίας – προκειμένου να συνδέσειένα κόμβο επικοινωνίας, ο οποίος είναι γνωστός και ως σταθμός βάσης, με έναμεγάλο αριθμό από τερματικούς σταθμούς κατανεμημένους συνήθως σε μια μικρήπεριοχή γύρω από τη βάση. Επικοινωνία αυτής της μορφής είναι η κινητήραδιοτηλεφωνία, της οποίας οι εφαρμογές ανάγονται αρκετά χρόνια πριν (ραδιοταξί,υπηρεσίες πρώτων βοηθειών, παράκτια επικοινωνία κ.α.), ενώ επέκταση της αποτελείη ψηφιακή κινητή τηλεφωνία.

Προκειμένου οι χρήστες να μοιραστούν τη διαθέσιμη χωρητικότηταομαδοποιούνται σε μικρές κυψέλες. Οι χρήστες κάθε κυψέλης επικοινωνούν με τομοναδικό κεντρικό κόμβο της κυψέλης, που λέγεται βάση. Η βάση κάθε κυψέληςσυντονίζει τις μεταδόσεις των χρηστών της διαμέσου ενός σταθερού, ενσύρματουδικτύου που συνδέει όλες τις βάσεις. Οι μεταδόσεις κρατιούνται σε χαμηλά επίπεδαισχύος, έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται η διακίνηση σε γειτονικές κυψέλες και να είναιδυνατή η επαναχρησιμοποίηση της ίδιας ζώνης συχνοτήτων σε διαφορετικές αλλά μηγειτονικές κυψέλες. Σε φυσιολογικές συνθήκες ο ρυθμός μετάδοσης κάθε τερματικήςδιάταξης μέσα στην κυψέλη είναι της τάξης λίγων δεκάδων Kbps. Με τον τρόπο αυτόείναι δυνατόν να επεκταθεί η γεωγραφική κάλυψη του δικτύου σε μεγαλύτερεςπεριοχές.

Στην περίπτωση επίγειας μικροκυματικής ή υπέρυθρης επικοινωνίας, μιαμονάδα πρόσβασης φορητών ή σταθερών τερματικών διατάξεων (Portable AccessUnit – PAU) συνδέεται ασύρματα με έναν αριθμό κατανεμημένων τερματικώνδιατάξεων (Portable Devices – PD), ενώ το σύνολο συνδέεται μέσω της βάσης και μεενσύρματη γραμμή σε ένα τοπικό δίκτυο. Οι αποστάσεις των διατάξεων από τοσταθμό βάσης εξαρτώνται από την ισχύ του σταθμού, το τοπικό εύρος του οποίουκυμαίνεται από 50 έως 100 μέτρα. Μεγάλες εγκαταστάσεις καλύπτονται από πολλέςτέτοιες μονάδες, που συνδέονται σε σταθερά τοπικά δίκτυα.

Τέλος, η τρίτη περίπτωση αφορά την άμεση σύνδεση κάποιων τερματικώνδιατάξεων που βρίσκονται εγκατεστημένες σε ένα μικρό χώρο, όπως είναι ένας χώροςσυνεδρίων και συσκέψεων, ένα αεροδρόμιο κτλ. Υπενθυμίζουμε ότι όλες οιπαραπάνω τοπολογίες αφορούν συνδέσεις εκπομπής.

Αν οι συνδέσεις που χρησιμοποιούνται στο τοπικό δίκτυο είναι σημείου προςσημείο, τότε η ασύρματη επικοινωνία πραγματοποιείται είτε μεταξύ δύο σταθερώνσημείων είτε μεταξύ δύο σημείων από τα οποία το ένα ή και τα δύο βρίσκονται σεκίνηση. Επικοινωνίες αυτής της μορφής αφορούν κυρίως τα ραδιοκύματα ή ταμικροκύματα, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρύτερα στην επικοινωνία μεγάλωναποστάσεων (π.χ. ποντοπόρα επικοινωνία). Νεότερες εφαρμογές στηρίζονται τόσο

15

στα επίγεια συστήματα οπτικών κυμάτων (laser) με οπτική επαφή, όσο και σταεπίγεια συστήματα μικροκυμάτων.

Μικροκύματα χρησιμοποιούνται και σε ορισμένες εφαρμογές της ασύρματηςδικτύωσης μικρής εμβέλειας, όπως είναι το άνοιγμα θυρίδων ή θυρών ασφαλείας, τασυστήματα ασφαλείας, τα συστήματα ενεργοποίησης ηλεκτρονικών συσκευών, οιβομβητές κτλ.

Η απεριόριστη χρησιμοποίηση των μικροκυματικών ζωνών για εφαρμογέςδικτύωσης μικρής εμβέλειας αφορά τις λεγόμενες βιομηχανικές – επιστημονικές –ιατρικές ζώνες. Η ζώνη 2,4 – 2,484 GHz είναι δεσμευμένη διεθνώς, ενώ η Αμερικήκαι ο Καναδάς έχουν ορίσει πρόσθετες δεσμευμένες ζώνες στις συχνότητες των 902 -928 MHz και 5,725 – 5,850 GHz αντίστοιχα.

2.4 Ασύρματα Δίκτυα Τοπικής Περιοχής

Ένα ασύρματο δίκτυο τοπικής περιοχής (Wireless Local Area Network -WLAN), είναι ένα εύκαμπτο σύστημα επικοινωνιών δεδομένων που εφαρμόζεται ωςεπέκταση σε, ή ως εναλλακτική λύση για, το συνδεδεμένο με καλώδιο τοπικό LAN,μειώνοντας έτσι την ανάγκη για συνδεδεμένες με καλώδιο υποδομές καιπροσθέτοντας ευελιξία και αξιοπιστία στη δικτύωση.

Ανεξάρτητα από τον τύπο του PHY που επιλέγεται, το πρότυπο ΙΕΕΕ 802.11υποστηρίζει τρεις βασικές τοπολογίες για WLANs: το ανεξάρτητο βασικό σύνολουπηρεσιών (Independent Basic Service - IBSS), το βασικό σύνολο υπηρεσιών (BasicService Set - BSS), και το εκτεταμένο σύνολο υπηρεσιών (Extended Service Set -ESS).

Η διαμόρφωση IBSS αναφέρεται επίσης και ως ανεξάρτητη διαμόρφωση ήειδικό δίκτυο (ad – hoc network). Λογικά, μια διαμόρφωση IBSS είναι ανάλογη μεένα peer – to – peer δίκτυο γραφείων στο οποίο δεν απαιτείται κάποιος κόμβος ναλειτουργεί ως κεντρικός υπολογιστή. Ένα IBSS WLAN περιλαμβάνει διάφορουςκόμβους ή ασύρματους σταθμούς που επικοινωνούν άμεσα με άλλους, του ειδικούδικτύου, σταθμούς. Κατά συνέπεια περιέχει σύνολο ασύρματων σταθμών πουεπικοινωνούν άμεσα μεταξύ τους χωρίς τη χρησιμοποίηση ενός σημείου πρόσβασης(Access Point) ή οποιασδήποτε σύνδεσης με κάποιο ενσύρματο δίκτυο. Ένα IBSSδίκτυο είναι χρήσιμο όταν επιθυμούμε να στήσουμε γρήγορα και εύκολα έναασύρματο δίκτυο σε μέρος που δεν υπάρχει ασύρματη υποδομή ή αυτή δεναπαιτείται, όπως ένα δωμάτιο ξενοδοχείου, ένα κέντρο συνεδριάσεων, ή έναςαερολιμένας. Γενικά, οι εφαρμογές IBSS καλύπτουν μια περιορισμένη περιοχή καιδεν συνδέονται με κάποιο μεγαλύτερο δίκτυο.

16

Η διαμόρφωση BSS αποτελείται από ένα τουλάχιστον σημείο πρόσβασης(AP) που συνδέεται με τη συνδεμένη με καλώδιο υποδομή δικτύων και ένα σύνολοασύρματων τελικών σταθμών. Οι διαμορφώσεις BSS στηρίζονται σε ένα σημείοπρόσβασης που λειτουργεί ως λογικός κεντρικός υπολογιστής για ένα WLANκύτταρο ή κανάλι. Οι επικοινωνίες μεταξύ του κόμβου Α και του κόμβου Β ρέουναπό τον κόμβο Α στο AP και έπειτα από το AP στον κόμβο Β.

Ένα εκτεταμένο σύνολο υπηρεσιών (ESS) αποτελείται από μια σειράεπικαλυπτόμενων BSSs - κάθε ένα περιλαμβάνει AP - που συνδέονται μεταξύ τουςμε τη βοήθεια ενός συστήματος διανομής (Distributed System - DS). Αν και το DS θαμπορούσε να είναι οποιοσδήποτε τύπος δικτύου, συνηθίζεται σχεδόν πάντα ναχρησιμοποιείται το τοπικό LAN Ethernet. Οι κινητοί κόμβοι μπορούν ναπεριπλανηθούν μεταξύ των σημείων πρόσβασης, όποτε είναι δυνατή η ευρεία κάλυψημιας μεγάλης περιοχής. Δεδομένου ότι τα περισσότερα εταιρικά WLANs απαιτούντην πρόσβαση στο συνδεμένο με καλώδιο τοπικό LAN για κάλυψη των αναγκών καιτων υπηρεσιών τους (πρόσβαση σε κεντρικούς υπολογιστές, αρχεία, εκτυπωτές,συνδέσεις Internet) θα επιλέξουν και θα χρησιμοποιήσουν μια BSS/ESS τοπολογία.

Πρέπει να σημειώσουμε ότι ένα ασύρματο τοπικό δίκτυο μπορεί ναχρησιμοποιηθεί είτε για να αντικαταστήσει ένα υπάρχον συνδεμένο με καλώδιο LAN,είτε ως επέκταση του ενσύρματου δικτύου.

Το πρότυπο 802.11 προσδιορίζει δύο τμήματα του εξοπλισμού πουαπαιτούνται: ένας ασύρματος σταθμός, που είναι ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής που

17

εξοπλίζεται με μια ασύρματη κάρτα (NIC) και ένα σημείο πρόσβασης (AP) πουλειτουργεί ως γέφυρα μεταξύ των ασύρματων και συνδεμένων με καλώδιο δικτύων.Αποτελείται συνήθως από ένα ραδιόφωνο, μια συνδεμένη με καλώδιο διαπροσωπείαδικτύων – wired network interface (π.χ., 802.3) και λογισμικό γεφυρώματος πουπροσαρμόζεται στο πρότυπο γεφυρώματος 802.1d. Το σημείο πρόσβασης ενεργεί ωςσταθμός βάσεων για το ασύρματο δίκτυο. Οι ασύρματοι τελικοί σταθμοί μπορεί ναδιαθέτουν 802.11 PC κάρτα, PCI ή ISA NIC, ή ακόμα ενσωματωμένες λύσεις για μηηλεκτρονικούς χρήστες, όπως ένα 802.11- based telephone handset.

Οι δαπάνες υλικού για την δημιουργία ενός ασύρματου δικτύουπεριλαμβάνουν την προσθήκη σημείων πρόσβασης στην υποδομή του δικτύου καιWLAN adapters σε όλες τις ασύρματες συσκευές και τους ηλεκτρονικούςυπολογιστές. Ο αριθμός των APs εξαρτάται από την περιοχή κάλυψης, τον αριθμόχρηστών, και τους τύπους υπηρεσιών που απαιτούνται. Σαφώς, οι δαπάνες υλικού θαεξαρτηθούν και από παράγοντες όπως οι απαιτήσεις απόδοσης και οι απαιτήσειςκάλυψης.

Πέρα από τις δαπάνες εξοπλισμού, πρέπει να ληφθεί υπόψη και η δαπάνηεγκαταστάσεων και συντήρησης, συμπεριλαμβανομένων των δαπανών της κακήςποιότητας των προϊόντων, της παραγωγικότητας των τελικών χρηστών κ.α. Αυτές οιδαπάνες μπορούν να επισκιάσουν τις αρχικές δαπάνες εξοπλισμού ενός WLAN.

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών, τα ασύρματα δίκτυα τοπικής περιοχήςέχουν κερδίσει ισχυρή δημοτικότητα σε διάφορες κάθετες αγορές,συμπεριλαμβανομένης της υγειονομικής περίθαλψης, της λιανικής πώλησης, τηςκατασκευής, της αποθήκευσης και των ακαδημαϊκών χώρων, αυξάνοντας τηναπόδοση των συστημάτων, την αξιοπιστία των εφαρμογών και την παραγωγικότητατων επιχειρήσεων\ χρηστών.

2.5 Ασύρματα Δίκτυα Ευρείας Περιοχής

Οι κινητές συσκευές υπολογισμού γίνονται ολοένα και πιο μικρές και ισχυρές,ενώ το ποσό των πληροφοριών που μεταδίδουν αυξάνεται με αστρονομικούςρυθμούς. Στην απαίτηση για τη σύνδεση αυτών των συσκευών, η τεχνολογία WWANφαίνεται σαν η τέλεια απάντηση.

Ένα ασύρματο δίκτυο ευρείας περιοχής (Wireless Wide Area Network –WWAN), είναι ένα δίκτυο υπολογιστών που μπορεί να επεκτείνεται σε μια μεγάληγεωγραφική περιοχή. Ένα WWAN λαμβάνει και μεταδίδει δεδομέναχρησιμοποιώντας ραδιοσήματα πέρα από την αρχική διασύνδεση με το κινητόσυγκρότημα ηλεκτρονικών υπολογιστών. Ένα ασύρματο δίκτυο ευρείας περιοχήςσυνδέεται είτε σε ένα εξειδικευμένο δημόσιο ή ιδιωτικό δίκτυο μέσω τηλεφώνου ήάλλων επικοινωνιακών συνδέσεων υψηλής ταχύτητας. Οι πρόσφατες εξελίξειςεπιτρέπουν την άμεση σύνδεση στα γενικά δημόσια δίκτυα, όπως το Internet,μειώνοντας περαιτέρω το κόστος επέκτασης.

Αντίθετα από τα ασύρματα δίκτυα τοπικής περιοχής (WLANs), η περιοχήκάλυψης για τα WWANs μετριέται σε μίλια. Τα ποσοστά των throughput δεδομένωνγια τα WWANs είναι πολύ πιο μικρά σε σχέση με αυτά των δικτύων τοπικήςεμβέλειας. Μετριούνται σε 10άδες ή 100άδες bytes/ δευτερόλεπτο ή ακόμα πιο αργά.

18

2.6 Aσύρματα Δίκτυα Ασύγχρονης Μεταφοράς

Ο τρόπος ασύγχρονης μεταφοράς (Asynchronous Transfer Mode), έχειυποστηριχθεί ως σημαντική τεχνολογία για όλους τους τύπους υπηρεσιών καιδικτύων. Οι περισσότεροι άνθρωποι θεωρούν ότι το ATM θα είναι το πρότυπο για τομελλοντικό B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network).

Όπως έχει ήδη αναφερθεί τα ασύρματα προσωπικά δίκτυα επικοινωνίας(PNC) έχουν γνωρίσει την τελευταία δεκαετία μεγάλη αύξηση. Οι φορητοίυπολογιστές, τα κυψελοειδή τηλέφωνα και οι pagers είναι πολύ δημοφιλή. Έχουναναπτυχθεί πολλά συστήματα που παρέχουν διαφορετικές υπηρεσίες, όπως ηπροσωπική υπηρεσία επικοινωνιών (Personal communications Service – PCS), ταφορητά τηλεφωνικά συστήματα (Portable Telephone Systems) και τα συστήματαδορυφορικών επικοινωνιών (Satellite Communications System). Συνήθως, οιυπηρεσίες αυτές δεν εγγυούνται ποιότητα υπηρεσιών (QoS) και δεν είναι κατάλληλεςγια τις γρήγορα αυξανόμενες πολυμεσικές εφαρμογές.

Το ασύρματο ΑΤΜ (Wireless Asynchronous Transfer Mode) μπορεί ναεμφανιστεί ως η λύση για την τέταρτη γενιά προσωπικών δικτύων επικοινωνίας ή ωςμια ασύρματη επέκταση των B-ISDN δικτύων, τα οποία θα υποστηρίζουν μετάδοσηολοκληρωμένων δεδομένων – δεδομένα, φωνή, εικόνα, video - με εγγυημένη QoS.

Ένα μοντέλο ασύρματου δικτύου ATM αποτελείται από ένα σταθερό δίκτυοATM και από ένα ραδιοφωνικό τμήμα πρόσβασης. Στο σταθερό δίκτυο ATM οιδιακόπτες, που επικοινωνούν άμεσα με τον ασύρματο σταθμό ή τις ασύρματεςσυσκευές τελικών χρηστών, είναι ενισχυμένοι κινητοί ATM διακόπτες. Οι διακόπτεςαυτοί εγκαθιστούν τη σύνδεση εξ ονόματος των ασύρματων συσκευών. Χρησιμεύουνσαν ‘είσοδος’ στην υποδομή των ενσύρματων ATM δικτύων. Τα υπόλοιπα στοιχείαμετατροπής του ATM παραμένουν αμετάβλητα.

19

2.7 Ασφάλεια Ασύρματων Δικτύων

Σε ένα επιχειρηματικό δίκτυο που περιλαμβάνει ένα ασύρματο δίκτυο(WLAN ή WWAN ή WATM), οι πιστοποιημένοι χρήστες και η εμπιστευτικήεπικοινωνία είναι περισσότερο προβληματικά σε σχέση με ένα ενσύρματο δίκτυο.

Στις σύγχρονές τοπολογίες δικτύων, τα φυσικά όρια μεταξύ δημόσιων καιιδιωτικών δικτύων δεν υπάρχουν πλέον. Τα ασύρματα δίκτυα και τα βασισμένα στοInternet VPNs (Virtual Private Networks) είναι δύο παραδείγματα τέτοιωντοπολογιών που πρέπει να ελέγχεται και να εξασφαλίζεται ότι:

♦ Ο χρήστης του δικτύου έχει την απαραίτητη δικαιοδοσία για πρόσβαση στοσύστημα. Δεν μπορούμε πλέον να υποθέσουμε κάτι τέτοιο βασιζόμενοι στηφυσική του θέση, όπως σε ένα ενσύρματο δίκτυο.

♦ Οι πληροφορίες που διαπερνούν το ασύρματο δίκτυο είναι ασφαλείς. Μια τέτοιαεγγύηση είναι απαραίτητη εφόσον τα δεδομένα μεταδίδονται χρησιμοποιώνταςραδιοσυχνότητες, οι οποίες μπορούν να ταξιδεύουν πέρα από τον έλεγχο ενόςοργανισμού ή μιας επιχείρησης, μέσα από τοίχους και ορόφους, πάνω απόδρόμους και άλλους φυσικούς περιορισμούς.

Τα προβλήματα αυτά παραβιάζουν δύο θεμελιώδεις παράγοντες ασφάλειας τωνδικτύων: την πιστοποίηση ταυτότητας και την εμπιστευτικότητα.

Στη βιομηχανία των δικτύων WLAN, το πρότυπο IEEE 802.11b έχεικαταστήσει τους πιθανούς προμηθευτές υλικού δικτύων ικανούς να δημιουργήσουνδιαλειτουργικά ασφαλή ασύρματα δίκτυα. Η ασύρματη συμμαχία συμβατότητας

20

(Wireless Ethernet Compatibility Alliance – WECA) λειτουργεί για να πιστοποιήσειαυτή τη διαλειτουργικότητα και για να προάγει το Wi-Fi (ΙΕΕΕ 802.11 High Rate)σαν διεθνές ασύρματο πρότυπο.

Υπάρχουν δύο πρότυπα που προσπαθούν να λύσουν το πρόβλημα τηςασφάλειας των ασύρματων δικτύων, καθώς και άλλα λιγότερο γνωστά πουαναπτύσσονται από ιδιωτικές επιχειρήσεις (όπως η λύση NetMotion):

! WEP (Wired Equivalent Privacy)

Δεδομένου ότι η ασύρματη επικοινωνία χρησιμοποιεί ένα ‘ανοικτότερο’ μέσοεπικοινωνίας σε σύγκριση με το συνδεδεμένο με καλώδιο LAN, οι σχεδιαστές τουIEEE 802.11 προτύπου περιέλαβαν στη προδιαγραφή ένα διαμοιραζόμενομηχανισμό κρυπτογράφησης.Όπως φανερώνει και το όνομα του, στόχος του προτύπου WEP είναι να δοθεί έναεπίπεδο μυστικότητας ισοδύναμο με αυτό ενός μη-ασφαλή ενσύρματου τοπικούδικτύου. Ένα WLAN δίκτυο πρέπει να περιλαμβάνει το πρότυπο WEP,προκειμένου να αποκτήσει τη σφραγίδα έγκρισης Wi-Fi. Έτσι, αν και το WEPείναι προαιρετικό μέρος της 802.11 προδιαγραφής, όλοι οι προμηθευτές θα πρέπεινα την περιλαμβάνουν προκειμένου να εξασφαλίσουν πιστοποίηση ταυτότηταςκαι εμπιστευτικότητα.Μιλώντας γενικά, το WEP στηρίζεται σε ένα προκαθορισμένο σύνολο κλειδιώνπου μοιράζονται μεταξύ των ασύρματων συσκευών – όπως φορητοί Η/Υ μεασύρματους προσαρμογής LAN – και των ασύρματων σημείων πρόσβασης (ΑΡ).Ο χρήστης που διαθέτει το σωστό κλειδί, μπορεί να επικοινωνήσει μεοποιοδήποτε σημείο πρόσβασης στο ασύρματο δίκτυο. Χωρίς το κλειδί η LinkLevel σύνδεση αίτησης απορρίπτεται.Ο αλγόριθμος κρυπτογράφησης που χρησιμοποιείται στο πρότυπο WEP είναι οRC4. Το σχέδιο στηρίζεται σε ένα κλειδί 40 δυαδικών ψηφίων για τηνκρυπτογράφηση του ωφέλιμου φορτίου των πλαισίων δεδομένων. Η ομάδαεργασίας επέλεξε το συγκεκριμένο αλγόριθμο εν μέρει επειδή η κυβέρνηση τωνΗνωμένων Πολιτειών δεν απαγορεύει την εξαγωγή προϊόντων που χρησιμοποιούντην RC4 μέθοδο κρυπτογράφησης. Αντίθετα άλλοι αλγόριθμοι όπως ο DESμπορούν να εξαχθούν σε μερικές μόνο συγκεκριμένες εφαρμογές. Επιπλέον οιδοκιμές από τα μέλη της ΙΕΕΕ 802.11 απέδειξαν ότι ο αλγόριθμος RC4εξασφαλίζει ασφάλεια που φτάνει ή ακόμα και ξεπερνάει την ασφάλεια πουπροσφέρουν τα συνδεδεμένα με καλώδιο πρότυπα Ethernet. Πρέπει βέβαια νασημειώσουμε ότι όσο διατίθενται ασύρματα ‘sniffers’, η μεγαλύτερη ασφάλειακαι η εύρεση αποτελεσματικότερων τρόπων εξασφάλισης της θα είναι αναγκαία.Δυστυχώς πολλοί προμηθευτές στις μέρες μας δεν έχουν εφαρμόσει ακόμα τοχαρακτηριστικό γνώρισμα WEP στα προϊόντα τους.

! Mobile IP (RFC 2002)

Η κινητή IP είναι μια τροποποίηση της γνωστής IP, που επιτρέπει σε έναν κόμβονα συνεχίσει να στέλνει και να λαμβάνει διαγράμματα δεδομένων (datagrams),οπουδήποτε και αν είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο. Τα τμήματα ασφάλειας τηςκινητής IP εξετάζουν μόνο ένα πρόβλημα ασφάλειας: τις επιθέσειςεπαναπροσανατολισμού (redirection attacks).Μια επίθεση επαναπροσανατολισμού εμφανίζεται όταν ένας ‘κακόβουλος’κόμβος δίνει ψεύτικες πληροφορίες σ’ ένα βασικό πράκτορα (home agent) του

21

δικτύου. Ο βασικός πράκτορας ενημερώνεται ότι ο κινητός κόμβος έχει ένα νέοcare –of address. Στην πραγματικότητα αυτό το care of address ελέγχεται από τον‘κακόβουλο’ κόμβο. Αφότου εμφανιστεί αυτή η ψεύτικη εγγραφή, όλα τα IPδιαγράμματα δεδομένων που απευθύνονται στους κινητούς κόμβουςεπαναπροσανατολίζονται στον ‘κακόβουλο’ κόμβο.Η κινητή IP δεν εξετάζει άλλους κινδύνους ασφάλειας που συνδέονται με τακατανεμημένα δίκτυα.

2.8 Πλεονεκτήματα – Μειονεκτήματα

Πλεονεκτήματα/ Οφέλη

Είτε είναι στο γραφείο τους, είτε ταξιδεύουν οι σημερινοί χρήστες -επιστήμονες, εργαζόμενοι, φοιτητές κ.α. – έχουν πρόσβαση στις πολύτιμεςπληροφορίες και εφαρμογές που τους κρατούν συνδεδεμένους με τις διαδικασίες τουοργανισμού τους. Με την χρήση ασύρματων δικτύων παράγοντες που παλιότεραεμπόδιζαν την απομακρυσμένη σύνδεση (φυσικοί, περιβαντολογικοί, κ.α.)παρακάμπτονται.

Η ερευνητική εταιρεία Dataquest Inc. προέβλεψε ότι η αγορά των ασύρματωνδικτύων περιοχής θα αυξηθεί από 3 εκατομμύρια χρήστες το 1999 σε 36 εκατομμύριατο 2003.

Μειονεκτήματα/ Περιορισμοί

Μολονότι οι κινητές συσκευές γίνονται μικρότερες, φθηνότερες, ισχυρότερεςκαι περισσότερο αξιόπιστες και η ζήτηση για ασύρματα δίκτυα αυξάνει παράλληλαμε την τεράστια αύξηση των διαθέσιμων πληροφοριών, τα ασύρματα δίκτυα περιοχήςπαρουσιάζουν περιορισμούς σε διάφορους τομείς:• Ασφάλεια• Απόδοση• Application persistence• Περιπλάνηση (roaming)• Standard off the self applications• Κεντρική διαχείριση.

22

3 ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΙΕΕΕ 802.11

3.1 ΙΕΕΕ 802.11

Καθώς όλο και περισσότερα άτομα και επιχειρήσεις θεωρούν απαραίτητη τηφορητή και κινητή επικοινωνία η ανάγκη για τα ασύρματα δίκτυα συνεχίζει νααυξάνεται σε όλο τον κόσμο. Λόγω αυτής της αύξησης, το IEEE (Institute ofElectrical and Electronic Engineering) διαμόρφωσε μια ομάδα εργασίας με σκοπό τηνανάπτυξη ενός Medium Access Control (MAC) και ενός Physical Layer (PHY)προτύπου για την ασύρματη σύνδεση μεταξύ στάσιμων, φορητών, και κινητώνυπολογιστών. Αυτή η ομάδα εργασίας είναι το γνωστό πλέον πρότυπο τωνασύρματων δικτύων IEEE 802.11.

Μετά την πρώτη ‘σύλληψη’ του προτύπου το 1990, τα πρότυπα έχουνεξελιχθεί σε διάφορες εκδόσεις σχεδίων (σχέδια 1 μέχρι 6), με την έγκριση τουτελικού σχεδίου στις 26 Ιουνίου 1997.

Υπάρχουν διάφορες προδιαγραφές στη 802.11 οικογένεια:• 802.11: ισχύει για ασύρματο LAN και παρέχει μετάδοση στα 1 ή 2 Mbps στηζώνη των 2,4 GHz χρησιμοποιώντας είτε Frequency Hopping SpreadSpectrum (FHSS) είτε Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).

• 802.11a: μια επέκταση του 802.11 που ισχύει για ασύρματο LAN και παρέχειμέχρι 54 Mbps στη ζώνη των 5GHz. Το 802.11a χρησιμοποιεί ένα OrthogonalFrequency Division Multiplexing σχέδιο κωδικοποίησης και όχι FHSS ήDSSS.

• 802.11b- καλούμενο επίσης 802.11 High Rate ή Wi-Fi: πρόκειται γιαεπέκταση του 802.11 που ισχύει για ασύρματο LAN και παρέχει μετάδοσηστα 11 Mbps στη ζώνη των 2,4 GHz. Το 802.11b χρησιμοποιεί μόνο DSSS.Επίσης πρέπει να σημειώσουμε ότι ήταν μια επικύρωση του 1999 στα αρχικά802.11 πρότυπα, επιτρέποντας ασύρματη λειτουργία παρόμοια με αυτή τουEthernet.

• 802.11g: ισχύει για ασύρματο LAN και παρέχει 20+ Mbps μετάδοσηδεδομένων στη ζώνη των 2,4 GHz.

3.2 Αρχιτεκτονικές του ΙΕΕΕ 802.11

Στην αρχιτεκτονική των ασύρματων δικτύων κάθε υπολογιστής, κινητός(mobile), φορητός (portable) ή σταθερός (fixed), θεωρείται σταθμός 802.11. Ηδιαφορά μεταξύ ενός φορητού και κινητού σταθμού είναι ότι ένας φορητός σταθμόςκινείται από σημείο σε σημείο αλλά χρησιμοποιείται μόνο σε σταθερό σημείο, ενώ οκινητός σταθμός έχει πρόσβαση στο τοπικό LAN κατά τη διάρκεια της μετακίνησης

23

του. Όταν δύο ή περισσότεροι σταθμοί ενώνονται με σκοπό να επικοινωνήσουνμεταξύ τους διαμορφώνουν ένα βασικό σύνολο υπηρεσιών (Basic Service Set - BSS).Το ελάχιστο BSS αποτελείται από δύο σταθμούς.

Ένα BSS που στέκεται μόνο του και δεν συνδέεται με κάποιο σταθμό βάσηςονομάζεται ανεξάρτητο βασικό σύνολο υπηρεσιών (Independent Basic Service Set -IBSS) ή Ad-Hoc Network. Ένα Ad-Hoc δίκτυο, είναι ένα δίκτυο όπου οι σταθμοίεπικοινωνούν μόνο peer to peer. Δεν υπάρχει κανένας σταθμός βάσης και κανέναςδεν θεωρείται υπεύθυνος να δίνει άδεια για να ‘μιλήσει’ κάποιος σταθμός. Συνήθωςαυτά τα δίκτυα είναι αυθόρμητα και μπορούν να οργανωθούν γρήγορα. Όπωςπαρουσιάζεται και στο σχήμα που ακολουθεί, το δίκτυο δεν έχει δομή, δεν υπάρχουνσταθερά σημεία και συνήθως κάθε κόμβος του δικτύου μπορεί να επικοινωνήσει μεόποιον κόμβο επιθυμεί.

Ad –Hoc Network

Όταν ένα BSS διασυνδέέται στο δίκτυο τότε μιλάμε για Infrastructure δίκτυο.Δύο ή περισσότερα BSS διασυνδέονται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα διανομής(Distribution System – DS). Κάθε BSS γίνεται συστατικό ενός εκτεταμένου,μεγαλύτερου δικτύου. Η είσοδος στο DS ολοκληρώνεται με τη χρήση των σημείωνπρόσβασης (Access Points – AP). Ένα σημείο πρόσβασης είναι ένας προσπελάσιμοςσταθμός. Έτσι τα δεδομένα κινούνται μεταξύ του BSS και του DS με τη βοήθειααυτών των σημείων πρόσβασης.

Infrastructure Network

24

Δημιουργώντας μεγάλα και σύνθετα δίκτυα χρησιμοποιώντας BSS και DS,οδηγούμαστε στο επόμενο επίπεδο ιεραρχίας δικτύων, στο εκτεταμένο σύνολουπηρεσιών (Extended Service Set – ESS). Η ιδιαιτερότητα του ESS είναι ότιολόκληρο το δίκτυο μοιάζει στο λογικό επίπεδο ελέγχου συνδέσεων (Logical LinkControl Layer – LLC) με μια ανεξάρτητη βασική υπηρεσία. Αυτό σημαίνει ότι οισταθμοί μέσα στο ESS μπορούν να επικοινωνήσουν ή ακόμα και να κινηθούν μεταξύτων BSS’s διατηρώντας την διαφάνεια τους προς το LLC.

Ένα από τα πλεονεκτήματα του 802.11 είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί μετα υπάρχοντα συνδεμένα με καλώδιο δίκτυα. Το πρότυπο 802.11 έλυσε αυτήν τηνπρόκληση με τη χρήση μιας λογικής πύλης, η οποία χρησιμοποιείται και σαν σημείοπρόσβασης στο DS.

Η εφαρμογή του DS δεν προσδιορίζεται αποκλειστικά από το 802.11. Έτσιένα σύστημα διανομής μπορεί να δημιουργηθεί τόσο από τις υπάρχουσες όσο και απότις νέες τεχνολογίες. Μια point to point γέφυρα που συνδέει τοπικά δίκτυα σεδιαφορετικά κτήρια θα μπορούσε να γίνει ένα DS. Παρά το γεγονός ότι η εφαρμογήτου DS δεν είναι καθορισμένη, το πρότυπο 802.11 προσδιορίζει τις υπηρεσίες που τοDS πρέπει να υποστηρίζει και οι οποίες διαιρούνται σε δύο τμήματα: Station Services(SS) και Distribution System Services (DSS).

Πιο συγκεκριμένα πέντε είναι οι υπηρεσίες που παρέχονται από το DSS:Σύνδεση (association), Επανασύνδεση (reassociation), Αποσύνδεση (disassociation),Διανομή (distribution) και Ολοκλήρωση (integration). Οι πρώτες τρεις υπηρεσίεςεξετάζουν την κινητικότητα των σταθμών. Εάν κάποιος σταθμός κινείται μέσα στοBSS του ή δεν κινείται, η κινητικότητα των σταθμών ονομάζεται No-transition. Εάνένας σταθμός κινείται μεταξύ διαφορετικών BSS’s μέσα όμως στο ίδιο ESS, ηκινητικότητά των σταθμών καλείται BSS-transition. Τέλος στην περίπτωση που οσταθμός κινείται μεταξύ BSS’s διαφορετικών ESS’s τότε ονομάζεται ESS-transition.O σταθμός θα πρέπει να συνδέεται ο ίδιος με την υποδομή του BSS εάν θέλει ναχρησιμοποιήσει το τοπικό LAN. Αυτό επιτυγχάνεται με την σύνδεση του με ένασημείο πρόσβασης (AP). Οι συνδέσεις αυτές είναι δυναμικής φύσης επειδή οισταθμοί μετακινούνται, ανοίγουν ή κλείνουν. Ένας σταθμός μπορεί να συνδεθεί μόνομε ένα AP. Αυτό εξασφαλίζει ότι το σύστημα διανομής ξέρει πάντα που βρίσκεται οσταθμός. Η σύνδεση αυτή υποστηρίζει την No-transition κινητικότητα αλλά δεν είναιαρκετή ώστε να υποστηρίξει την ESS-μετάβαση δεδομένων. Η υπηρεσίαεπανασύνδεσης επιτρέπει στο σταθμό να μεταστρέψει την σύνδεση του από ένα APσε άλλο. Τόσο η σύνδεση όσο και η επανασύνδεση αρχίζουν από το σταθμό. Ηαποσύνδεση συμβαίνει όταν η σύνδεση μεταξύ του σταθμού και του AP ολοκληρωθείκαι μπορεί να ξεκινήσει από οποιοδήποτε από τα δυο συμβαλλόμενα μέρη. Μέσω τηςδιανομής τα δεδομένα από τον πομπό φτάνουν στον προοριζόμενο δέκτη. Το μήνυμαστέλνεται στο τοπικό AP (AP εισόδου) και στη συνέχεια μέσω του DS στο AP (APεξόδου) με το οποίο ο δέκτης συνδέεται. Εάν ο πομπός και ο δέκτης είναι στο ίδιοBSS, τα AP εισόδου και εξόδου είναι τα ίδια. Έτσι η υπηρεσία διανομής καλείταιλογικά εάν τα δεδομένα περνούν από το DS ή όχι, ενώ η ολοκλήρωση όταν το APεξόδου είναι μια πύλη που συνδέει με κάποιο ESS.

25

3.3 Αναγνώριση κόμβου

Σε ένα ασύρματο σύστημα, το μέσο μετάδοσης δεν είναι σαφώς ορισμένοόπως σε ένα συνδεδεμένο με καλώδιο δίκτυο. Κατά συνέπεια προκειμένου ναελεγχθεί η πρόσβαση στο δίκτυο, οι σταθμοί πρέπει πρώτα να καθιερώσουν τηνταυτότητας τους.

Προτού κάποιος σταθμός αναγνωριστεί και του δοθεί άδεια να συμμετάσχειστο δίκτυο, πρέπει να περάσει μια σειρά δοκιμών για να αποδείξει ότι είναι αυτός πουλέει. Πρέπει με άλλα λόγια να πιστοποίηση την ταυτότητα του. Μόλις ένας σταθμόςεπικυρωθεί, μπορεί να συνδεθεί. Η πιστοποίηση ταυτότητας μπορεί να είναι μεταξύδύο σταθμών μέσα σε ένα IBSS ή στο AP της BSS. Πιστοποίησης ταυτότητας έξωαπό το BSS δεν πραγματοποιείται. Υπάρχουν δύο τύποι υπηρεσιών πιστοποίησηςταυτότητας που προσφέρονται από το 802.11. Ο πρώτος είναι πιστοποίησηταυτότητας ανοικτών συστημάτων (Open System Authentication) που σημαίνει ότικαθένας που προσπαθεί να επικυρωθεί θα λάβει την πιστοποίηση ταυτότητας. Οδεύτερος τύπος είναι διαμοιραζόμενη πιστοποίηση ταυτότητας (Shared KeyAuthentication) στην οποία προκειμένου να επικυρωθεί κάποιος χρήστης πρέπει ναείναι γνώστης ενός κοινού μυστικού, που εφαρμόζεται με τη χρήση του αλγόριθμουιδιωτικότητας (Wired Equivalent Privacy - WEP). Ο τελευταίος μοιράζεται σε όλουςτους σταθμούς με κάποια ασφαλή μέθοδο και εξασφαλίζει ότι οι σταθμοί μπορούν ναμεταδώσουν δεδομένα με ασφάλεια, χωρίς οι υπόλοιποι χρήστες του 802.11 ναμπορούν να ‘κρυφακούσουν’.

3.4 ΙΕΕΕ 802.11 Φυσικό Επίπεδο

Τα μέλη της 802.11 ομάδας εργασίας θεώρησαν ότι η επιλογή μεταξύεφαρμογών του φυσικού επιπέδου (PHY) ήταν απαραίτητη προκειμένου οισχεδιαστές συστημάτων να μπορούν να επιλέξουν εκείνη την τεχνολογία πουταιριάζει με την τιμή, την απόδοση, και το σχεδιάγραμμα διαδικασιών μιαςσυγκεκριμένης εφαρμογής. Αυτές οι επιλογές είναι ανάλογες με τις γνωστές επιλογέςτων ενσύρματων δικτύων: 10Base-T, 10Base-2 και 100Base-T στον χώρο τουEthernet. Έτσι στο φυσικό επίπεδο, το πρότυπο 802.11 καθορίζει τρία φυσικάχαρακτηριστικά για τα ασύρματα δίκτυα τοπικής περιοχής: Diffused Infrared, DirectSequence Spread Spectrum (DSSS) και Frequency Hopping Spread Spectrum(FHSS).

Το Infrared (υπέρυθρο) PHY στρώμα προβλέπεται για μετάδοση δεδομένωνστα 1 Mbps (στο φάσμα των 850 nanometer) μέχρι και 2 Μbps.

Αν και τα προϊόντα φάσματος, DSSS και FHSS (επίσης γνωστά και ωςραδιοσυχνότητα – Radio Frequency) διαδίδουν τεχνητά τη ζώνη μετάδοσης έτσι ώστετο σήμα να μπορεί να παραληφθεί αναλλοίωτο και να αποκωδικοποιηθεί παρά τοθόρυβο μεταξύ των RF και PHY επιπέδων, εντούτοις, προσεγγίζουν τη στοιχειώδηεργασία με διαφορετικούς τρόπους.

26

Τα συστήματα FHSS χρησιμοποιούν ουσιαστικά τις συμβατικές,περιορισμένης ζώνης, τεχνικές μετάδοσης δεδομένων αλλά τακτικά αλλάζουν τησυχνότητα στην οποία μεταδίδουν.

Τα συστήματα DSSS διευρύνουν τεχνητά το εύρος ζώνης που απαιτείται γιανα διαβιβαστεί ένα σήμα διαμορφώνοντας τα δεδομένα του ρεύματος με ένανspreading κώδικα. Ο δέκτης μπορεί να ανιχνεύσει τα χωρίς λάθη δεδομένα ακόμα κιαν ο θόρυβος εμμένει στις μερίδες της ζώνης μετάδοσης.

Στο 802.11, το DSSS PHY επίπεδο καθορίζει τα μέγιστα ποσοστά δεδομένωνμεταξύ 1 και 2 Mbps. Το πρώτο χρησιμοποιεί τη διαφορική δυαδική διαμόρφωσημετατόπισης φάσης (DBPSK) και το τελευταίο τη διαφορική διαμόρφωσημετατόπισης φάσης 90 μοιρών (DQPSK).

Επίσης το πρότυπο καθορίζει το FHSS PHY επίπεδο που λειτουργεί στα 2Mbps και με επιφύλαξη στα 1 Mbps στα εξαιρετικά θορυβώδη περιβάλλοντα.

Τα DSSS και FHSS λειτουργούν με ταχύτητες 1 Mbps ή 2 Mbps στο φάσματων 2.4 GHz έως 2.4835 GHz. Αυτή η ζώνη συχνότητας (2.4GHz 2.4835GHZ) είναιμέρος της ISM ζώνης - μια σφαιρική ζώνη που τίθεται κυρίως για βιομηχανική,επιστημονική και ιατρική χρήση, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τιςασύρματες συσκευές του τοπικού LAN χωρίς να απαιτούνται άδειες για τουςτελικούς χρήστες. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι ασύρματες συσκευές για να είναιλειτουργικές πρέπει να προσαρμοστούν στο ίδιο πρότυπο με το PHY επίπεδο.

3.5 Γνωρίσματα του MAC Layer

Στο πρότυπο 802.11 το Data Link Layer αποτελείται από δύο υποστρώματα:Logical Link Control (LLC) και Media Access Control (MAC). To 802.11χρησιμοποιεί το ίδιο LLC επίπεδο με το πρότυπο 802.2 και 48 bit διευθυνσιοδότησηόπως άλλα 802 LANs, που επιτρέπουν απλό γεφύρωμα μεταξύ ασύρματων και IEEEενσύρματων δικτύων.

Αξίζει να θυμηθούμε ότι το 802.11 MAC επίπεδο αναπτύχθηκε για ναλειτουργήσει με το πρότυπο Ethernet με σκοπό να εξασφαλίσει ότι οι ασύρματοι καισυνδεμένοι με καλώδιο κόμβοι στο επιχειρηματικό τοπικό LAN είναι λογιστικάόμοιοι. Φυσικά το 802.11 MAC επίπεδο είναι τελείως διαφορετικό από τοενσύρματο MAC Ethernet, αλλά οποιεσδήποτε διαφορές καλύπτονται από ένα APπου συνδέει ένα κανάλι WLAN με το LAN backbone.

Πιο συγκεκριμένα η μορφή πλαισίων που διαθέτει ενεργοποιεί ένα πλήθοςγνωρισμάτων όπως γρήγορη αναγνώριση, διαχείριση των κρυμμένων σταθμών,διαχείριση δύναμης, ασφάλεια δεδομένων. Τα πρότυπα του WLAN χρησιμοποιούνένα Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance (CSMA/ CA) MACσχέδιο, ενώ το πρότυπο Ethernet χρησιμοποιεί ένα Carrier Sense Multiple AccessWith Collision Detection (CSMA/ CD) σχέδιο. Το πρωτόκολλο CSMA/CD ρυθμίζειτον τρόπο με τον οποίο οι σταθμοί Ethernet πετυχαίνουν πρόσβαση στο καλώδιο καιπώς ανιχνεύουν και χειρίζονται τις συγκρούσεις που εμφανίζονται όταν προσπαθούνδύο ή περισσότερες συσκευές να επικοινωνήσουν ταυτόχρονα. Σε ένα 802.11WLAN, η ανίχνευση σύγκρουσης δεν οφείλεται πιθανός σε αυτό που είναι γνωστό ως"near/far" πρόβλημα - για να ανιχνεύσει μια σύγκρουση, ένας σταθμός πρέπει να

27

είναι σε θέση να μεταδώσει και να ακούσει συγχρόνως - αλλά στα ραδιοσυστήματαπου η μετάδοση ‘πνίγει’ τη δυνατότητα του σταθμού "να ακούσει" μια σύγκρουση.

Το CSMA/CA προσπαθεί να αποφευχθούν οι συγκρούσεις με τηχρησιμοποίηση της ρητής αναγνώρισης πακέτων (ACK), που σημαίνει ότι ένα πακέτοACK στέλνεται από το σταθμό - παραλήπτη για να επιβεβαιώσει ότι το πακέτοδεδομένων έφθασε άθικτο. Το CSMA/CA λειτουργεί ως εξής: ο σταθμός πουεπιθυμεί να διαβιβάσει ανιχνεύει τον ‘αέρα’ και εάν καμία δραστηριότητα δενανιχνεύεται, ο σταθμός περιμένει μια πρόσθετη τυχαία επιλεγμένη χρονική περίοδοκαι έπειτα διαβιβάζει, εφόσον το μέσο εξακολουθεί να είναι ελεύθερο. Εάν το πακέτοφτάσει στον προορισμό του άθικτο, ο λαμβάνων σταθμός εκδίδει ένα πλαίσιο ACKτο οποίο εφόσον παραληφθεί από τον πομπό επιτυχώς ολοκληρώνετε η διαδικασία.Στην περίπτωση που το πλαίσιο ACK δεν φτάσει στον πομπό με επιτυχία ή το αρχικόπακέτο δεδομένων δεν φτάσει στον δέκτη άθικτο, τότε θεωρείται ότι εμφανίστηκεσύγκρουση και το πακέτο δεδομένων διαβιβάζεται πάλι μετά από κάποιο τυχαίοχρονικό διάστημα αναμονής.

3.6 Hidden Nodes

Μερικά κοινά φαινόμενα που παρουσιάστηκαν σε WLANs οδήγησαν στηνδημιουργία νέων γνωρισμάτων για το πρότυπο 802.11. Για παράδειγμα, σε μιαδιαμόρφωση BSS ή ESS, το WLAN μπορεί να ‘πάσχει’ από τις συγκρούσεις πουπροκαλούνται από την μετάδοση δεδομένων κρυμμένων σταθμών. Στην περίπτωσηαυτή, ο σταθμός Α μπορεί να επικοινωνήσει με το AP (στο σχήμα Β) χωρίς πρόβλημακαθώς και ο σταθμός C με το AP χωρίς πρόβλημα. Όμως οι σταθμοί Α και Cχωρίζονται φυσικά από την μεταξύ τους απόσταση γεγονός που αποτρέπει την άμεσηεπικοινωνία. Δεδομένου ότι ο Α και ο C δεν επικοινωνούν άμεσα σε μια διαμόρφωσηESS, το πρόβλημα των κρυφών σταθμών δεν έχει επιπτώσεις στην πραγματικήεπικοινωνία, αλλά στον ανταγωνισμό για άμεση πρόσβαση.

Το σχέδιο αποφυγής σύγκρουσης που υιοθετείται στο 802.11 απαιτεί έναςσταθμό να αποφύγει να μεταδώσει όταν άλλοι κόμβοι διαβιβάζουν. Οπότε εξαιτίαςτης φυσικής απόστασης ο κόμβος A δεν θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει ότι ο κόμβοςC διαβιβάζει δεδομένα στο AP στο πρόβλημα των κρυμμένων σταθμών.

28

Για την επίλυση του προβλήματος των κρυφών κόμβων το πρότυπο 802.11περιλαμβάνει ένα προαιρετικό μήνυμα που ονομάζεται Read To Send Message(RTS), το οποίο περιέχει τη διεύθυνση του προορισμού και τη διάρκεια τηςμετάδοσης, οπότε οι υπόλοιποι σταθμοί γνωρίσουν το χρόνο που πρέπει ναπεριμένουν πριν μεταδώσουν. Στη συνέχεία ο κόμβος προορισμού στέλνει ένα μικρόμήνυμα που ονομάζεται Clear To Send Message (CTS), το οποίο ενημερώνει τοναποστολέα ότι μπορεί να διαβιβάσει χωρίς το φόβο συγκρούσεων. Η δυνατότητα χρησιμοποίησης RTS στη συσκευή αποστολής εξαρτάται απότο σχεδιαστή του 802.11 εξοπλισμού, ή σε μερικές περιπτώσεις από τον administratorτου WLAN ή έναν χρήστη. Για παράδειγμα ένας σχεδιαστής NIC καρτών μπορεί ναεπιλέξει να μην υποστηρίζει η κάρτα το χαρακτηριστικό γνώρισμα RTS με σκοπό τηνελαχιστοποίηση του κόστους, δεδομένου ότι το φαινόμενο των κρυφών κόμβων δενεμφανίζεται σε πολλές εγκαταστάσεις. Εναλλακτικά, ο σχεδιαστής της NIC μπορεί ναεφαρμόσει το χαρακτηριστικό γνώρισμα RTS, αλλά να επιτρέπει στο χρήστη ναμπορεί να το θέτει εντός ή εκτός λειτουργίας ανάλογα με την εγκατάσταση.

3.7 Το πρότυπο ΙΕΕΕ 802.11b

Το Σεπτέμβριο του 1999 επικυρώθηκε από την IEEE η τροποποίηση ‘υψηλούποσοστού’ – ‘High Rate’ - 802.11b , με την οποία προστέθηκαν δύο υψηλότερεςταχύτητες (5,5 και 11 Mbps) στο πρότυπο 802.11. Αυτό ήταν μια σημαντικήανακάλυψη καθώς οι κινητοί χρήστες μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα Ethernetεπίπεδα απόδοσης, throughput και διαθεσιμότητας. Το νέο πρότυπο, βασισμένο στηντεχνολογία, επέτρεψε στους administrators να δημιουργήσουν δίκτυα πουσυνδυάζουν περισσότερες από μια τεχνολογίες του τοπικού LAN ώστε ναανταποκριθούν καλύτερα στις ανάγκες των χρηστών και των επιχειρήσεων.

Η βασική αρχιτεκτονική, τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα και οι υπηρεσίες του802.11b καθορίζονται από τα αρχικά 802.11 πρότυπα. Η προδιαγραφή 802.11bεπηρεάζει μόνο το φυσικό στρώμα, προσθέτοντας μεγαλύτερη ταχύτητα μετάδοσηςδεδομένων και μεγαλύτερη συνδετικότητα.

Η βασική συμβολή της προσθήκης 802.11b στα ασύρματα πρότυπα τουτοπικού LAN ήταν η τυποποίηση του φυσικού επιπέδου σε δυο νέες ταχύτητες: 5,5Mbps και 11 Mbps.

Για να αυξηθεί το ποσοστό μετάδοσης στο πρότυπο 802.11b, υιοθετήθηκανπροηγμένες τεχνικές κωδικοποίησης. Παρά τις 11 – bit Barker ακολουθίες, το802.11b προσδιορίζει τη συμπληρωματική διαμόρφωση κώδικα (ComplementaryCode Keying - CCK), η οποία αποτελείται από κώδικα 64 συνολικά 8-bit λέξεων.Σαν σύνολο, αυτές οι λέξεις κώδικα έχουν μοναδικές μαθηματικές ιδιότητες που τουςεπιτρέπουν να είναι διακριτές μεταξύ τους από έναν δέκτη ακόμη και με τηνπαρουσία θορύβου ή πολλαπλών παρεμβάσεων (π.χ., παρέμβαση που προκαλείται μετη λήψη των πολλαπλών ράδιο-αντανακλάσεων μέσα σε ένα κτίριο). Στα 5,5 Mbpsχρησιμοποιείται ο CCK για την κωδικοποίηση 4 bits ανά μεταφορέα, ενώ στα 11Mbps για την κωδικοποίηση 8 bits ανά μεταφορέα. Και οι δύο ταχύτητεςχρησιμοποιούν το QPSK ως τεχνική διαμόρφωσης και σήμα στα 1.375 MSps. Μετον τρόπο αυτό λαμβάνεται μεγάλος όγκος δεδομένων.

29

Data Rate Code Length Modulation Symbol Rate Bits/Symbol1 Mbps 11 (Barker

Sequence)BPSK 1 MSps 1

2 Mbps 11 (BarkerSequence)

QPSK 1 MSps 2

5.5 Mbps 8 (CCK) QPSK 1.375 MSps 411 Mbps 8 (CCK) QPSK 1.375 MSps 8

30

4 Αλγόριθμοι Τοπολογικού Σχεδιασμού καιΔιαχείρισης Ασύρματων Δικτύων

4.1 Πρωτόκολλα Δρομολόγησης

Ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης (Routing Protocol) χρησιμοποιείται/απαιτείται όταν ένα παραδοθέν πακέτο χρειάζεται να περάσει από διάφορουςκόμβους προκειμένου να φτάσει στον προορισμό του. Στόχος του πρωτοκόλλουδρομολόγησης είναι να βρει μια διαδρομή και να παραδοθεί το πακέτο δεδομένωνστο σωστό προορισμό.

Υπάρχουν διάφορα πρωτοκολλά δρομολόγησης, όπως το διάνυσμααπόστασης (distance vector) και το κράτος συνδέσεων (link state). Αυτά όμως,σχεδιάστηκαν για στατικά δίκτυα και η δυναμική τοπολογία δεν εξετάστηκε ότανδιαμορφώνονταν. Προφανώς είναι ακατάλληλο να χρησιμοποιηθεί μηπροσαρμοστικό πρωτόκολλο σε ένα ασύρματο δίκτυο. Όλα τα συμβατικάπρωτόκολλα δρομολόγησης υποθέτουν ότι οι διαδρομές στο δίκτυο είναι αμφίδρομεςμε ίση ποιότητα, ενώ στα ad-hoc δίκτυα κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει πάντα.

Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης μπορούν να ταξινομηθούν σε τρειςκατηγορίες:

♦ Συγκεντρωτικό ή κατανεμημένο (Centralized or Distributed)♦ Προσαρμοστικό ή στατικό (Adaptive or Static)♦ Αντιδραστικό ή δυναμικό ή υβριδικό (Reactive or Proactive or Hybrid)

Όταν ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης είναι συγκεντρωμένο, όλες οιαποφάσεις λαμβάνονται σε ένα κεντρικό κόμβο, ενώ σε ένα κατανεμημένοπρωτόκολλο όλοι οι κόμβοι μοιράζονται την απόφαση δρομολόγησης.

Ένα προσαρμοστικό πρωτόκολλο μπορεί να αλλάξει συμπεριφορά ανάλογαμε τη κατάσταση του δικτύου, η οποία μπορεί να είναι συμφόρηση σε μια σύνδεση ήάλλοι πιθανοί παράγοντες/ καταστάσεις.

Ένα αντιδραστικό πρωτόκολλο δρομολόγησης παίρνει σημαντικές αποφάσεις,όπως η ανακάλυψη διαδρομών όταν απαιτείται, σε αντίθεση με το δυναμικόπρωτόκολλο που ανακαλύπτει διαδρομές πριν αυτές απαιτηθούν. Οι αντιδραστικέςμέθοδοι καλούνται on-demand πρωτόκολλα δρομολόγησης. Δεδομένου ότι ‘τρέχουν’μετά από απαίτηση, τα γενικά έξοδα πακέτων ελέγχου μειώνονται πολύ. Οι δυναμικέςμέθοδοι δρομολόγησης διατηρούν και αποθηκεύουν τους πίνακες δρομολόγησηςπεριοδικά. Τέλος, τα υβριδικά πρωτόκολλα χρησιμοποιούν και τις δύο παραπάνωμεθόδους δρομολόγησης, με σκοπό την μεγαλύτερη και καλύτερη απόδοση. Το ZoneRouting Protocol (ZRP) είναι ένα παράδειγμα υβριδικής μεθόδου δρομολόγησης.

Η ομάδα εργασίας MANET ανήγγειλε τον Ιανουάριο του 1999 ένα αίτημα γιασχόλια – Request for Comments (RFC2501) – ώστε οι ερευνητές να χρησιμοποιούνπαρόμοιες μετρικές (metrics), που θα καθιστούν τα διάφορα πρωτόκολλα συγκρίσιμα.

31

4.2 Αλγόριθμος GSR (Global State Routing)

Σε ένα ειδικό ασύρματο δίκτυο (ad-hoc network) όπου οι συνδεδεμένες μεκαλώδιο υποδομές δεν είναι εφικτές, η κινητικότητα και το εύρος ζώνης είναι δύοβασικά στοιχεία που παρουσιάζουν μεγάλη πρόκληση για τους ερευνητές. Ηκινητικότητα αναγκάζει το χρόνο ζωής μιας σύνδεσης μεταξύ δυο ηλεκτρονικώνυπολογιστών να ποικίλει, ενώ το περιορισμένο εύρος ζώνης οδηγεί γρήγορα τοδίκτυο σε κορεσμό με τη σηματοδότηση ελέγχου.

Τα σχέδια δρομολόγησης που αναπτύσσονται για τα συνδεδεμένα με καλώδιαδίκτυα σπάνια εξετάζουν τους περιορισμούς αυτού του τύπου. Υποθέτουν ότι τοδίκτυο είναι συνήθως σταθερό και τα γενικά έξοδα για τη δρομολόγηση τωνμηνυμάτων αμελητέα.

Οι επιστήμονες εξετάζοντας τη διαφορά μεταξύ ενσύρματων και ασύρματωνδικτύων, θεώρησαν απαραίτητη την ανάπτυξη ενός ασύρματου πρωτοκόλλουδρομολόγησης το οποίο θα αντιδρά γρήγορα στις αλλαγές της τοπολογίας δικτύων,αλλά θα καταναλώνει μόνο ένα λογικό ποσό εύρους ζώνης για τον έλεγχοκυκλοφορίας.

Στόχος του GSR αλγόριθμου είναι να σχεδιαστεί ένα σχέδιο δρομολόγησηςόπου το MAC επίπεδο είναι αποδοτικό - τα γενικά έξοδα του μηνύματος ελέγχουκρατιούνται χαμηλά. Δηλαδή το μέγεθος πακέτων ελέγχου πρέπει να είναι σε θέση ναπετύχει βέλτιστη MAC throughput και ο αριθμός πακέτου ελέγχου πρέπει να είναιελέγξιμος.

Αλγόριθμος

Το ειδικό ασύρματο δίκτυο μοντελοποιείται σαν μια undirected γραφικήπαράσταση G=(V,E), όπου V είναι ένα σύνολο |V| κόμβων και E είναι ένα σύνολο |Ε|undirected συνδέσεων που συνδέουν τους κόμβους V. Κάθε κόμβος έχει έναμοναδικό προσδιοριστικό και αντιπροσωπεύει ένα κινητό host με μια ασύρματησυσκευή επικοινωνίας με ρυθμό μετάδοσης R, και ένα απεριόριστο χώροαποθήκευσης. Οι κόμβοι μπορούν να κινούνται και να αλλάζουν την ταχύτητα καιτην κατεύθυνση τους ανεξάρτητα ο καθένας. Μια undirected σύνδεση (i, j) μεταξύδύο κόμβων i, j διαμορφώνεται όταν η απόσταση μεταξύ των i,j γίνει μικρότερη ή ίσημε R. H σύνδεση (i, j) αφαιρείται από το σύνολο Ε όταν οι κόμβοι i, j κινούνταιχωριστά και έξω από τα όρια μετάδοσης τους.

Για κάθε κόμβο i διατηρείται ένας κατάλογος με τρεις πίνακες: μια λίσταγειτόνων Ai, ένας πίνακας τοπολογίας TΤi, ένας πίνακας λυκίσκου (hop) NEXTi καιένας πίνακας αποστάσεων Di. Η λίστα Ai ορίζεται ως το σύνολο των κόμβων πουείναι δίπλα στον κόμβο i. Κάθε προορισμός j έχει μια εγγραφή στο πίνακα TTi, οοποίος περιέχει δύο μέρη: TTi.LS(j) και TTi.SEQ(j). Το τμήμα TTi.LS(j) κρατάει τιςπληροφορίες συνδέσεων που αναφέρονται από τον κόμβο προορισμού j και το τμήμαTTi.SEQ(j) τη χρονική περίοδο που ο κόμβος j παράγει αυτές τις πληροφορίεςσυνδέσεων. Παρόμοια, για κάθε προορισμό j ο πίνακας NEXTi(j) δείχνει τονεπόμενο λυκίσκο (hop) για να διαβιβάσει τα πακέτα που προορίζονται για το j από τοσυντομότερο μονοπάτι, ενώ ο Di(j) δείχνει τις αποστάσεις του κοντινότερουμονοπατιού από τον κόμβο i στον j.

+Επιπλέον μια συνάρτηση βάρους, weight: E → Zo, χρησιμοποιείται για τον

υπολογισμό της απόστασης μιας σύνδεσης. Η συνάρτηση επιστρέφει 1 όταν δύο

32

κόμβοι έχουν άμεση σύνδεση και ∞ σε οποιαδήποτε άλλη περίπτωση. Η συνάρτησηαυτή μπορεί να αντικατασταθεί και με άλλες συναρτήσεις δρομολόγηση μεδιαφορετικές μετρικές.

Για την αξιολόγηση της απόδοσης δρομολόγησης χρησιμοποιούνται δύομετρικές: η ανακρίβεια δρομολόγησης (Routing Inaccuracy) και τα γενικά έξοδαελέγχου (Control Overhead). Η ανακρίβεια δρομολόγησης ελέγχεται με τη σύγκρισητου επόμενου πίνακα λυκίσκου κάθε κόμβου με τους πίνακες που παράγονται απόέναν off-line αλγόριθμο. Ο αλγόριθμος αυτός γνωρίζει την ακριβή τοπολογία τουδικτύου, ώστε να υπολογίζει σε κάθε δεδομένη χρονική στιγμή την βέλτιστη λύση γιακάθε κόμβο. Τα γενικά έξοδα ελέγχου υπολογίζονται εξετάζοντας τον μέσο αριθμόπακέτων ελέγχου δρομολόγησης που ανταλλάσσονται σε κάθε σύνδεση.

PktReceived?

Is Qempty

Process Pkt()

FINDShortest Path

NO

YES

IsUpdateInterval

FINDShortest Path

YES

FINDShortest Path

YES

33

4.3 Αλγόριθμος WRP (Wireless Routing Protocol)

Πρόκειται για ένα διανυσματικό πρωτόκολλο δρομολόγησης, όπου κάθεκόμβος στο δίκτυο διατηρεί ένα πίνακα δρομολόγηση (routing table), ένα πίνακααπόστασης (distance table), ένα πίνακα δαπανών συνδέσεων (link cost table) και ένακατάλογο αναμετάδοσης μηνυμάτων (message transmission list).

Αλγόριθμος

Ο πίνακας απόστασης ενός κόμβου S, περιέχει την απόσταση κάθε κόμβουπροορισμού D μέσω κάθε γείτονα Ν του κόμβου S. Περιέχει επίσης τον προς τα κάτωγείτονα του κόμβου Ν, μέσω του οποίου το μονοπάτι αυτό πραγματοποιείται.

Ο πίνακας δρομολόγησης του κόμβου S περιλαμβάνει την απόσταση κάθεκόμβου προορισμού D από τον S, τον προκάτοχο και τον διάδοχο του κόμβου S σ’αυτό το μονοπάτι. Επιπλέον περιέχει μια ετικέτα για προσδιορίζει εάν η είσοδος είναιένα απλό μονοπάτι, ένας βρόχος ή είναι άκυρη. Η καταχώρηση του προκατόχου καιτου διαδόχου στον πίνακα δρομολόγησης βοηθάει στην ανίχνευση των βρόχων καιεπομένως του προβλήματος counting – to- infinity.

Ο πίνακας δαπανών συνδέσεων περιέχει το κόστος της σύνδεσης με κάθεγείτονα του κόμβου και το χρόνο αδράνειας από το τελευταίο χωρίς λάθη μήνυμα πουπαραλείφθηκε από τον συγκεκριμένο γείτονα.

Ο κατάλογος μετάδοσης μηνυμάτων περιλαμβάνει τέτοιες πληροφορίες, ώστεκάθε κόμβος να γνωρίζει για ποιον γείτονα το μήνυμα αναπροσαρμογής του δεν έχειαναγνωριστεί, ώστε ο κόμβος να αναμεταδώσει το update μήνυμα σε εκείνο τογείτονα.

Στις αλλαγές συνδέσεων και κατά περιοδικές χρονικές στιγμές οι κόμβοιανταλλάσσουν τους πίνακες δρομολόγησης με τους γείτονες τους. Οι κόμβοι στονκατάλογο μετάδοσης μηνυμάτων πρέπει να αναγνωρίσουν τα μηνύματααναπροσαρμογής. Εφόσον δεν υπάρχει καμία αλλαγή στον πίνακα δρομολόγησηςμετά από το τελευταίο update, ο κόμβος πρέπει να στείλει μοναδικό HELLO μήνυμα,για να εξασφαλίσει την συνδετικότητα.

Στην λήψη ενός μηνύματος αναπροσαρμογής, ο κόμβος τροποποιεί τονπίνακα αποστάσεων του και ψάχνει τα καλύτερα μονοπάτια χρησιμοποιώντας τις νέεςπληροφορίες που του δόθηκαν. Κάθε νέο μονοπάτι στέλνεται πίσω στους αρχικούςκόμβους, ώστε να μπορούν με την σειρά τους να ενημερώσουν τους πίνακες τους. Οίδιος κόμβος ενημερώνει επίσης τον πίνακα δρομολόγησης του εάν το νέο μονοπάτιείναι καλύτερο από το υπάρχον. Όταν ο κόμβος λαμβάνει ρητή αναγνώριση πακέτου(ACK), ενημερώνει τον κατάλογο μετάδοσης μηνυμάτων του.

Ο αλγόριθμος WRP ελέγχει για τη συνέπεια όλων των γειτονικών κόμβων,κάθε φορά που ανιχνεύει μια αλλαγή στη σύνδεση κάποιου από τους γείτονες. Τοlooping αποβάλλεται και η σύγκλιση (convergence) επιταχύνεται.

34

Παράδειγμα της λειτουργίας του WRP αλγόριθμου

4.4 Αλγόριθμος ZRP (Zone Routing Protocol)

Ο αλγόριθμος που παρουσιάζεται καλείται ‘πρωτόκολλο δρομολόγησηςζώνης’ και είναι ένα παράδειγμα ενός υβριδικού/ αντιδραστικού/ δυναμικούπρωτοκόλλου δρομολόγησης. Το ZRP, από τη μια πλευρά περιορίζει το πεδίο τηςδυναμικής διαδικασίας μόνο στην τοπική γειτονιά του κόμβου, ενώ από την άλλη ηαναζήτηση σε όλο το δίκτυο, αν και σφαιρική στη φύση, γίνεται με αποτελεσματικάερωτήματα προς τους επιλεγμένους κόμβους του δικτύου.

Ένα σημαντικό ζήτημα είναι αυτό των αναπροσαρμογών στην τοπολογία τωνδικτύων. Για να είναι ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης αποδοτικό θα πρέπει οιαλλαγές στην τοπολογία του δικτύου να έχουν τοπική επίδραση μόνο. Με άλλαλόγια, η δημιουργία μιας νέας σύνδεσης στον ένα άκρο του δικτύου είναι ένασημαντικό τοπικό γεγονός, αλλά πιθανότατα μια ασήμαντη πληροφορία για το άλλοάκρο του δικτύου. Τα δυναμικά πρωτόκολλα τείνουν να διανέμουν τέτοιεςπληροφορίες σχετικά με αλλαγές της τοπολογίας ευρέως στο δίκτυο, δημιουργώνταςμεγάλες δαπάνες – αύξηση κόστους.

Ο αλγόριθμος ZRP καταφέρνει να περιορίσει την διάδοση τέτοιωνπληροφοριών μόνο στην γειτονιά της αλλαγής, περιορίζοντας κατά συνέπεια τοκόστος των τοπολογικών αναπροσαρμογών.

Η έννοια της ζώνης δρομολόγησης (Routing Zone), της ακτίνας ζώνης (ZoneRadius) και της οριακής διανομής (Bordercasting) μιας ζώνης δρομολόγησης,καθορίζεται για κάθε κόμβο και περιλαμβάνει όλους τους κόμβους των οποίων ηελάχιστη απόσταση, μέσα στους λυκίσκους, από τον κόμβο αναφοράς είναι το πολύκάποιος προκαθορισμένος αριθμός, ο οποίος αναφέρεται ως ακτίνα ζώνης. Έναπαράδειγμα μιας ζώνης δρομολόγησης (για τον κόμβο Α) ακτίνας 2 παρουσιάζεταιπαρακάτω:

35

1 hop 2 hops multi hops

Στο παράδειγμα αυτό, ο κόμβος Ε είναι μέσα στη ζώνη δρομολόγησης του Α,ενώ ο κόμβος G είναι εκτός. Επίσης ο κόμβος F μπορεί να επιτευχθεί από έναμονοπάτι από τον Α μήκους 2 hops. Από τη στιγμή που το μήκος του μονοπατιούείναι μικρότερο ή ίσο με την ακτίνα ζώνης, ο κόμβος F ανήκει στην ζώνηδρομολόγησης του Α. Περιφερειακοί (γειτονικοί) κόμβοι θεωρούνται εκείνοι που ηελάχιστη απόσταση τους από τον κόμβο δρομολόγησης είναι ίση με τη ακτίναδρομολόγησης.

Το Bordercasting είναι μια διαδικασία αποστολής ενός IP διαγράμματος([RFC-0791]) από έναν κόμβο σε όλους τους περιφερειακούς του. Η οριακή διανομήμπορεί να εφαρμοστεί είτε μέσω της κανονικής απλής ΙP διανομής (unicast), είτεμέσω της πολλαπλής (multicast) IP διαδρομής (Distance Vector Multicast RoutingProtocol [RFC-1075]).

Το πρωτόκολλο ZRP είναι βασισμένο σε δύο διαδικασίες: το πρωτόκολλοδρομολόγησης IntrAzone (IARP) και το πρωτόκολλο δρομολόγησης IntrEzone(IERP). Μέσω της χρήσης του IARP, κάθε κόμβος μαθαίνει την ταυτότητα και τηνελάχιστη απόσταση από όλους τους κόμβους στη ζώνη δρομολόγησης του. Τοπραγματικό IARP δεν προσδιορίζεται και μπορεί να περιλάβει οποιαδήποτεπρωτοκόλλα, όπως τα παράγωγα του Distance Vector Protocol (π.χ. Ad-hoc OnDemand Distance Vector [AODV]). Στην πραγματικότητα, τα διαφορετικά τμήματαενός ειδικού δικτύου μπορούν να επιλέξουν να λειτουργήσουν βασισμένα σεδιαφορετική επιλογή του IARP πρωτοκόλλου το καθένα. Όποια όμως και αν είναι ηεπιλογή του IARP, το πρωτόκολλο απαιτείται να τροποποιηθεί για να εξασφαλίσει ότιτο πεδίο αυτής της λειτουργίας περιορίζεται στη ζώνη του συγκεκριμένου κόμβου(κόμβος αναφοράς). Έτσι καθώς κάθε κόμβος απαιτείται να γνωρίζει την απόστασητων κόμβων μόνο μέσα στη ζώνη δρομολόγησης του, οι αναπροσαρμογές πουγίνονται στο δίκτυο, όσο μεγάλο κι αν είναι αυτό, δεν το αφορούν εκτός κι ανλαμβάνουν χώρα τοπικά, δηλαδή σε κάποιον από τους περιφερειακούς του κόμβους.

Ενώ το IARP ανακαλύπτει τις διαδρομές μέσα σε μία ζώνη δρομολόγησης, τοπρωτόκολλο IERP είναι αρμόδιο για την εύρεση διαδρομών μεταξύ των κόμβων πουβρίσκονται σε απόσταση μεγαλύτερη από αυτή της ακτίνας ζώνης. Το IERPστηρίζεται στο Bordercasting. Η οριακή διανομή είναι δυνατή δεδομένου ότι κάθε

36

κόμβος γνωρίζει την ταυτότητα και την απόσταση όλων των κόμβων στη ζώνηδρομολόγησης του.

Το IERP λειτουργεί ως εξής: Ο κόμβος πηγή ελέγχει αρχικά εάν ο κόμβοςπροορισμού είναι μέσα στη ζώνη δρομολόγησης του – φυσικά, όπως ήδηαναφέρθηκε, αυτό είναι δυνατό εφόσον κάθε κόμβος γνωρίζει το περιεχόμενο τηςζώνης του. Στην περίπτωση που συμβαίνει κάτι τέτοιο, το μονοπάτι που οδηγεί στονπροορισμό είναι γνωστό και δεν απαιτείται κάποια περαιτέρω επεξεργασία για τηνανακάλυψη διαδρομών. Στην περίπτωση όμως, που ο προορισμός δεν είναι μέσα στηζώνη δρομολόγησης της πηγής, ο κόμβος πηγή διανέμει ένα αίτημα διαδρομής,γνωστό ως ‘request’, προς όλους τους περιφερειακούς του κόμβους. Όλοι οιπεριφερειακοί κόμβοι εκτελούν με τη σειρά τους τον ίδιο αλγόριθμο: ελέγχουν αν οκόμβος προορισμού είναι μέσα στη δική τους ζώνη δρομολόγησης. Εάν ναι, μιααπάντηση διαδρομής, γνωστή ως ‘reply’, που δείχνει το μονοπάτι προς τονπροορισμό στέλνεται στον κόμβο πηγή. Εάν όχι, οι περιφερειακοί κόμβοιδιαβιβάζουν το ‘request’ προς τους δικούς του περιφερειακούς κόμβους, οι οποίοι μετη σειρά τους εκτελούν την ίδια διαδικασία. Επομένως μια εφικτή διαδρομή μέσα σεένα δίκτυο προσδιορίζεται ως ακολουθία κόμβων.

37

ΕΠΙΛΟΓΟΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Η παραπάνω ανάλυση κάνει φανερή τη μεγάλη χρησιμότητα των ασύρματωνδικτύων και της προοπτικής που ανοίγεται, για τον επιχειρηματικό και όχι μόνοκόσμο, με τη χρήση τους.

Έτσι καθώς η τεχνολογία προχωράει, τα συστήματα εξελίσσονται και οιαπαιτήσεις των χρηστών αυξάνονται με γοργούς ρυθμούς, θα αρχίσουμε να μιλάμε ήκαλύτερα έχουμε αρχίσει ήδη να μιλάμε για τέταρτης γενιάς (4G) τεχνολογίεςασύρματων δικτύων.

Οι ερευνητές και οι προμηθευτές έχουν εκδηλώσει πολύ μεγάλο ενδιαφέρονγια τα ασύρματα δίκτυα τέταρτης γενιάς, τα οποία υποστηρίζουν παγκόσμιαπεριπλάνηση (global roaming) μεταξύ πολλαπλών ασύρματων και κινητών δικτύων.Για παράδειγμα, από ένα κυψελοειδές δίκτυο σε ένα δορυφορικό δίκτυο και αυτό μετη σειρά του σε ένα high-bandwidth ασύρματο τοπικό δίκτυο. Με άλλα λόγια, οιχρήστες θα έχουν τη δυνατότητα πρόσβασης σε διαφορετικές υπηρεσίες, αυξημένηκάλυψη, χρησιμοποίηση μιας μόνο απλής συσκευής, ένα μόνο λογαριασμό μεμειωμένο συνολικό κόστος πρόσβασης και πιο αξιόπιστη ασύρματη σύνδεση.

Καθώς η ανάπτυξη των 4G ασύρματων τεχνολογιών δεν αναμένεται πριν απότο 2006 ή και λίγο αργότερα, οι επιστήμονες/ ερευνητές πιστεύουν ότι θα έχουναρκετό χρόνο να λύσουν ζητήματα που αφορούν πολλαπλά ετερογενή δίκτυα και τοναποτελεσματικό τρόπο σύνδεσης τους, όπως:! Access! Handoff! Location coordination! Resource coordination to add new users! Support for multicasting! Support for quality of service (QoS)! Wireless security and authentication! Network failure and backup! Pricing and billing

Αξίζει επίσης να σημειώσουμε ότι ένα από τα πιο ελκυστικά θέματα πουπρέπει να αντιμετωπιστούν είναι ο τρόπος πρόσβασης τόσων διαφορετικών κινητώνκαι ασύρματων δικτύων ταυτόχρονα. Τρεις είναι οι πιθανές αρχιτεκτονικές που θαχρησιμοποιηθούν: η χρήση μιας multimode συσκευής, ενός επικαλυπτόμενου(overlay) δικτύου ή ενός κοινού πρωτοκόλλου πρόσβασης.

Η έρευνα έδειξε ότι πολλοί είναι οι ερευνητές/ επιστήμονες που μελετούν καιεργάζονται πάνω στα συγκεκριμένα αυτά θέματα, αναπτύσσοντας νέουςαλγορίθμους, κάνοντας δοκιμές και συγκρίσεις, με στόχο πάντα την βελτιστοποίησητων συστημάτων.

38

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

• Geier, James T (1999), Wireless LANS: Implementing InteroperableNetworks.

• Clark, Martin P (2000), Wireless Access Networks: fixed wireless.• Keveh (1995), Wireless Information Networks.• Benny Bing (2000), High – Speed Wireless ATM and LANS.• IEEE Communications Magazine (December 2000), Access Network

Evolution Beyond Third Generation Mobile Communications.• IEEE Communications Magazine (December 2000), The Future

Generations of Mobile communications Based on Broadband AccessTechnologies.

• IEEE Communications Magazine (2001), A Long - Term View of Short –Range Wireless.

• IEEE Communications Magazine (2001), Wireless MobileCommunications at the start of the 21th Century.

• Computer Magazine (August 1999), Preparing for a New Generation ofWireless Data.

• Computer Magazine (June 2001), Issues in Emerging 4G WirelessNetworks.

• Computer Magazine (August 1999), Recent Advances in WirelessNetworking.

• Communications of the ACM (June 2000), Emerging Mobile and WirelessNetworks.

• Wireless HowTo, URL: http://linux.ichannel.gr/LDP/HOWTO/Wireless-HOWTO.html.Paper του Robert Arcomano (January 2001) που αναφέρεται στηντεχνολογία των ασύρματων δικτύων και τα χαρακτηριστικά της και δίνειλύσεις για την εγκατάσταση ασύρματου δικτύου σε περιβάλλον Linux.

• Wireless Local Area Networks, URL: ftp://ftp.netlab.ohio-state.edu/pub/jain/courses/cis788-97/wireless_lans/index.htm.Paper του Edward C. Prem που αναφέρεται σε βασικά θέματα ασύρματωνδικτύων. Το paper αυτό είναι ένα από τα πολλά που βρίσκονται στο siteτου Πανεπιστήμιου του Οχάιο (ftp://ftp.ohio-state.edu).

• Wireless Local Area Network (IEEE 802.11), URL:http://alpha.fdu.edu/~anandt.Εργασία που παρουσιάζει συνοπτικά τα ασύρματα τοπικά δίκτυα και τοπρότυπο IEEE 802.11. Το site ανήκει στο Fairleigh Dickinson University.

• A Short Tutorial on Wireless LANs and IEEE 802.11, URL:http://www.computer.org/students/looking/summer97/ieee802.htm.Ιστοσελίδα της IEEE Computer Society, της παλιότερης και μεγαλύτερηςεταιρίας επαγγελματιών πληροφορικής στον κόσμο. Το συγκεκριμένοέγγραφο ανήκει στους Daniel L. Lough, T. Keith Blankenship. Kevin J.Krizman.

39

• Wireless Wide Area Networks: Trends and Issues, URL:http://netmotionwireless.com/resourse/whitepapers/wireless_wan_prn.asp.Paper σχετικά με τα ασύρματα δίκτυα ευρείας περιοχής. Είναι ένα από ταπολλά που παραθέτει η εταιρία NetMotion σχετικά με ασύρματα δίκτυα. Ηεταιρία αυτή είναι μια από της μεγαλύτερες στο χώρο που προσφέρειλύσεις διαμόρφωσης και εγκατάστασης δικτύων(http://www.netmotion.com).

• Wireless ATM – An Overview, URL: ftp://ftp.netlab.ohio-state.edu/pub/jain/courses/cis788-97/wireless_atm/index.htm.Paper του Xinri Cong που μελετά τα χαρακτηριστικά των ασύρματωνδικτύων ασύγχρονης μεταφοράς (WATM). Το paper αυτό είναι ένα από ταπολλά που βρίσκονται στο site του Πανεπιστήμιου του Οχάιο(ftp://ftp.ohio-state.edu).

• Security for Wireless Networks, URL:http://www.netmotionwireless.com/resourse/whitepapers/netmotion_security_prn.asp.Paper σχετικά με την ασφάλεια των ασύρματων δικτύων. Το έγγραφοαναφέρεται στα προβλήματα ασφάλειας που εμφανίζονται στις ασύρματεςτεχνολογίες και στις υπάρχουσες λύσεις. Επιπλέον προβάλει την πρότασητης εταιρίας σχετικά με το θέμα. Είναι ένα από τα πολλά papers πουπαραθέτει η εταιρία NetMotion σχετικά με ασύρματα δίκτυα. Η εταιρίααυτή είναι μια από της μεγαλύτερες στο χώρο που προσφέρει λύσειςδιαμόρφωσης και εγκατάστασης δικτύων (http://www.netmotion.com).

• Specification 802.11, URL: http://webopedia.internet.com/TERM/8/802_11.html.Ηλεκτρονική εγκυκλοπαίδεια σχετική με νέες τεχνολογίες.

• WLAN: The Learning Zone For Wireless Networking, URL:http://www.wlana.com/learn/educate1.htm.Εταιρία ανάπτυξης λογισμικού και παροχής υπηρεσιών ασύρματωνδικτύων.

• Wireless LANs, URL:http://networkmagazine.com/article/printableArticle?doc_id=NMG20000726S0003.Ηλεκτρονικό περιοδικό με θέματα σχετικά με νέες τεχνολογίες και δίκτυα.

• The Wireless LAN Goes Fourth, URL:http://networkingmagazine.com/article/printableArticle?doc_id=NMG20010720S0001.Ηλεκτρονικό περιοδικό με θέματα σχετικά με νέες τεχνολογίες και δίκτυα.

• Routing Protocols for Ad Hoc Wireless Networks, URL:http://www.comp.polyu.edu.hk/News/Seminars/20000615.html.Έρευνα του καθηγητή του τμήματος πληροφορικής και εφαρμοσμένηςμηχανικής του Florida Atlantic University, σχετικά με πρωτόκολλαδρομολόγησης των ειδικών ασύρματων δικτύων.

• Routing Algorithms in All-Mobile Wireless Networks, URL:http://www.isr/umd/edu/TechReports/CSHCN/1997/CSHCN_TR_97-2/CSHCN_TR_97-2.phtml.Εταιρία που παρέχει λύσεις σχετικά με δορυφορικά και υβριδικάασύρματα δίκτυα.

• WRP – An Efficient Routing Protocol for Wireless Networks, URL:http://citeseer.nj.nec.com/update/212354.Ηλεκτρονική βιβλιοθήκη νέων τεχνολογιών και συστημάτων.

• Global State Routing: A New Routing Scheme for Ad-Hoc WirelessNetworks, URL: http://www.cise.ulf.eduhelal/6930F01/papers/GSR(Global State Protocol).pdf.

40

Εργασία του Tsu-Wei Chen Mario Gerla. To site (http://www.cise.ufl.edu)ανήκει στο πανεπιστήμιο της Φλώριδας, στο τμήμα Computer &Information Science & Engineering.

• Link your Network, URL: http://www.pexxinc.com/web_page_wireless_onhore.jpg.Εταιρία πληροφορικής που παρέχει λύσεις για ασύρματα συστήματα.

• The Zone Routing Protocol (ZRP) for Ad Hoc Networks, URL:http://www1.ics.uni.edu/~atm/adhoc/paper-collection/haas-draft-ietf-manet-zone-zrp-00.txt.Paper του Marc D. Pearlman του τμήματος πληροφορικής του CornellUniversity (November 1997). To site είναι του πανεπιστημίου τηςΚαλιφόρνια.

• Routing Protocols, URL:http://www.cse.buffalo.edu/~sumeshjp/presentations/manet/sld022.htm.Site του πανεπιστημίου του Buffalo, του τμήματος επιστήμης τηςΠληροφορικής στο οποίο διατείθονται παρουσιάσεις μαθημάτων.

• Research Priorities in Wireless and Mobile Communications andNetworking, URL: http://www.cise.nsf.gov/anir/ww.html.Ιστοσελίδα του διεθνή οργανισμού Division of Networking andCommunications Research and Infrastructure.